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. 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. 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 км друг от друга. Спутниковая линия связи с ретранслятором на геостационарной орбите имеет ряд серьезных преимуществ:. 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. 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:. Ретрансляция спутниковых сигналов наземным телецентром Рис. 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. 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. В 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. В Регламенте указаны полосы частот метрового и дециметрового диапазонов, в которых работают радиопередающие средства телевизионного вещания. Полосы частот систем спутникового вещания Наименование диапазона Полоса частот, ГГц L - диапазон 1, - 1, и 1,61 - 1,71 S - диапазон 1,,70 C - диапазон 3,,25 и 5,, X - диапазон 7,,40 Ku - диапазон 10,,75 и 12,,80 Ka - диапазон 15,,5 и 27,,2 K - диапазон Для систем спутникового вещания выделены полосы частот, представленные в табл. Два последних диапазона — Ка и К — почти не используются и пока считаются экспериментальными. Однако вещание спутниковых телепрограмм в этих диапазонах позволит значительно уменьшить диаметр приемных антенн. Например, если антенны Ku-диапазона 10,70 — 12,75 ГГц имеют характерные размеры 0,6 — 1,5 м, то антенны К-диапазона 84 — 86 ГГц при том же значении коэффициента усиления будут иметь размеры 0,10 — 0,15 м. Кроме того, информационная емкость этих диапазонов значительно выше. Под информационной емкостью понимается количество телевизионных каналов, которые можно разместить в данном диапазоне частот. Основная проблема в освоении этих диапазонов — экономическая, а именно — проблема создания недорогих массовых индивидуальных приемников. Сформулированные в Регламенте радиосвязи основные положения, касающиеся систем непосредственного спутникового телевизионного вещания СНТВ , сводятся к следующему:. Для увеличения объема передаваемой информации рекомендуется двукратное использование рабочих частот, что возможно благодаря развязке по поляризации. В связи с этим в нашей стране индивидуальный прием спутниковых телевизионных программ РВСС и ФСС может осуществляться без ограничений, если принятые программы не распространяются далее посредством эфира, по кабельной сети или в виде магнитных записей. Коллективный прием сигнала, предполагающий последующее распространение программ, может производиться только по разрешению их создателей. Возрастающие требования к качеству телевизионного вещания, дальнейшее совершенствование его технологии приводят к необходимости изыскания новых эффективных методов создания, записи и передачи сигналов телевизионных программ. В течение многих лет в телевидении используют аналоговый телевизионный сигнал, который преобразует свет-сигнал в электрический аналог изображения. Основное требование к передаче телевизионных сигналов — обеспечение минимальных искажений. Однако в процессе формирования и записи сигналов ТВ-программ, а также при передаче их по линиям связи методами и средствами, используемыми в аналоговом телевидении, сигналы подвергаются искажениям, которые накапливаются с увеличением числа обработок и переприемов. Особенно сильно эти искажения проявляются при компоновке программ, осуществляемой путем электронного монтажа видеозаписей на магнитной ленте. При многократной перезаписи фрагментов программ, неизбежной во время монтажа, происходит существенное ухудшение качества аналоговых сигналов. Аналоговый тип телевизионных сигналов лимитирует дальнейшее повышение качества изображения и возможности различных спецэффектов. Отмеченные ограничения могут быть преодолены путем перехода на цифровую форму телевизионного сигнала. Поэтому в последние годы все большее внимание уделяется цифровому телевидению. Цифровое телевидение представляет собой область, в которой операции обработки, записи и передачи телевизионного сигнала связаны с его преобразованием в цифровую форму. Отметим преимущества перехода к цифровой форме представления и передачи телевизионных сигналов:. Цифровая техника открывает совершенно новые возможности в художественном оформлении телевизионных программ. Таким образом, внедрение цифровых методов существенно обогащает технологию телевизионного вещания, делает ее исключительно гибкой и высокопроизводительной. Повышается качество передачи сигналов телевизионных программ по линиям связи благодаря значительному ослаблению эффекта накопления искажений и применению кодов, обнаруживающих и исправляющих ошибки передачи. На вход тракта цифрового телевидения см. В кодирующем устройстве кодере телевизионный сигнал преобразуется в цифровую форму и поступает на передающее устройство, которое состоит, в общем случае, из кодера канала и устройства преобразования сигнала. Пройдя через канал связи, цифровой сигнал поступает в приемник, состоящий из устройства обратного преобразования сигнала и декодирующего устройства декодера. Он, декодер, осуществляет преобразование цифрового телевизионного сигнала в аналоговый. Кодер и декодер канала также обеспечивают защиту от ошибок в канале связи. В устройствах преобразования характеристики цифрового сигнала согласуются с характеристиками канала связи. Кодирование ТВ сигнала включает три этапа:. При дискретизации из аналогового телевизионного сигнала рис. Таким образом, выборка мгновенных значений телевизионного сигнала должна производиться с частотой дискретизации, большей, по крайней мере, в 2 раза верхней граничной частоты видеоспектра. В результате получается серия отдельных импульсов, т. Интервал времени Т между отсчетами называется интервалом дискретизации. Передавать точно значения отсчетов нет необходимости, поскольку глаз человека обладает конечной разрешающей способностью по яркости. Это позволяет разбить весь диапазон значений отсчетов на конечное число уровней. Если число таких дискретных уровней выбрать достаточно большим, чтобы разность между двумя ближайшими уровнями не обнаруживалась зрителем, то можно вместо передачи всех значений отсчетов передавать лишь определенное число их дискретных значений. Полученные значения отсчетов округляются до ближайшего из набора фиксированных уровней, называемых уровнями квантования рис. Уровни квантования разделяют весь диапазон значений отсчетов на конечное число интервалов, которые именуются шагами квантования. Каждому уровню квантования соответствует определенная область значений отсчетов. Границы между этими областями называются порогами квантования рис. Комплекс операций, связанных с преобразованием аналогового телевизионного сигнала в цифровой дискретизация, квантование, кодирование , называется цифровым кодированием телевизионного сигнала. Для передачи телевизионного сигнала с высоким качеством необходимо примерно уровней квантования рис. Декодирующее устройство телевизионного сигнала осуществляет операции, обратные производимым в кодере. Непрерывный аналоговый телевизионный сигнал несет информацию об отдельных элементах изображения и может принимать любое значение. Отсюда следует, что главное преимущество цифровой формы представления — высокая защищенность от искажений и шумов. Это обусловлено тем, что на приемной стороне важно обнаружить факт передачи импульса в заданный момент времени независимо от его формы. Решить такую задачу легче, чем обеспечить неискаженную передачу формы аналогового сигнала. Главным недостатком цифрового телевидения является более широкая полоса пропускания канала связи по сравнению с аналоговым. Это объясняется тем, что скорость передачи цифрового сигнала довольно велика. Поэтому на сегодня основная проблема в цифровом телевидении — уменьшение в несколько раз требуемой скорости передачи сигналов. Она решается путем устранения избыточности, имеющейся в телевизионном сигнале, и использования эффективных методов модуляции. Различают статистическую, визуальную физиологическую и структурную избыточность телевизионного сигнала. Статистическая избыточность вызвана корреляционными связями и предсказуемостью между элементами сигнала в одной строке, в смежных строках и соседних кадрах. Эта избыточность может быть устранена без потери информации, а исходные данные при этом могут быть полностью восстановлены. Визуальная избыточность заключается в той части информации, которая не воспринимается глазом человека например, цветовая разрешающая способность зрения примерно в 4 раза ниже, чем яркостная. Ее можно устранить с частичной потерей данных, мало влияющих на качество воспроизводимого изображения. Структурная избыточность определяется законом разложения телевизионного изображения и связана со способом передачи телевизионного сигнала. Например, передаются постоянные по форме сигналы гашения, которые нет необходимости передавать в цифровом сигнале. Для борьбы с помехами, приводящими к неверному распознаванию символов цифрового сигнала к ошибкам передачи , в состав тракта цифрового телевидения включается кодер канала — устройство защиты от ошибок см. При этом для передачи по каналу используется помехоустойчивое кодирование. Наиболее распространенным методом помехоустойчивого кодирования является введение в цифровой канал избыточных символов. Отметим, что современные методы помехоустойчивого кодирования позволяют при введении в цифровой телевизионный сигнал сравнительно малого числа избыточных символов значительно уменьшить вероятность ошибочного приема символа. Кроме ошибок передачи, внешние помехи приводят к временной нестабильности кодовых импульсов. Эту временную нестабильность, называемую фазовым дрожанием, также часто именуют джиттером. Помехоустойчивость передачи цифрового телевизионного сигнала зависит от вида модуляции и кода, примененных для передачи цифровой информации по каналу, алгоритма декодирования сигнала в декодере и ряда других факторов. Цифровой телевизионный сигнал должен передаваться с высокой достоверностью. Защита его от искажений актуальна как в условиях телецентра, так и на линиях связи. Коррекция ошибок заключается в восстановлении поврежденной информации цифровыми методами, а маскирование ошибок — в замене поврежденной информации предыдущими или проинтерполированными данными. В итоге, качество цифрового телевизионного сигнала должно отвечать лишь одному требованию — возможности правильного приема кодовых комбинаций, оцениваемой вероятностью ошибки Р. Совместным Техническим Комитетом по Информационной Технологии JTCI , объединяющим исследования Международной Организации Стандартизации ISO и Международной Электротехнической Комиссии IEC , была организована специальная группа — Motion Pictures Expert Group MPEG. Задача этой группы состояла в том, чтобы разработать методы сжатия и восстановления цифрового видеосигнала в рамках стандарта, позволяющего объединить потоки видео-, аудио- и иной цифровой информации. Результатом многолетних исследований в области цифрового кодирования сигналов изображения и звукового сопровождения явилось создание международных стандартов для сжатия телевизионного сигнала: MPEG-1, MPEG-2 и MPEG В настоящее время они наиболее перспективны и реализованы на практике. Все стандарты MPEG базируются на стандарте CCIR базовый стандарт цифрового видео. Стандарты были разработаны для удовлетворения потребностей в методах кодирования движущихся изображений и звука, а также других сопутствующих данных для различных приложений, таких как хранение цифровой информации, телевещание и связь. Использование этих стандартов для кодирования видеоинформации означает, что движущиеся изображения можно обрабатывать как компьютерные данные и хранить их в различных устройствах, передавать и получать по существующим и будущим сетям и каналам вещания. При создании стандартов были учтены требования различных типовых приложений, развиты и собраны в единый синтаксис необходимые алгоритмические элементы. Таким образом, эти стандарты призваны облегчить обмен битовыми потоками между различными приложениями. Они поддерживают постоянную и переменную скорости передачи, произвольный доступ, переключение каналов, масштабируемое декодирование, редактирование битового потока, а также такие специальные функции, как быстрое воспроизведение, быстрое обратное воспроизведение, обратное воспроизведение с нормальной скоростью, медленное движение, пауза и неподвижные изображения. В нем используется стандарт развертки с четкостью в 4 раза меньшей, чем в вещательном телевидении: Работы над стандартом MPEG-2 начались в г. Разработанный специально для кодирования ТВ сигналов вещательного телевидения, он позволяет получить высокую четкость ТВ изображения, соответствующую Рекомендации МККР: Проект стандарта MPEG-2 вышел в начале г. Стандарт MPEG-4 начали разрабатывать еще в первой половине х годов прошлого века. MPEG-4 задумывался как способ передачи потоковых медиа-данных, в первую очередь видео, по каналам с низкой пропускной способностью. Применение более сложных алгоритмов компрессии позволило размещать полнометражные фильмы длительностью полтора-два часа в приемлемом качестве всего на одном компакт-диске. При одном и том же битрейте и определённых условиях кодирования, качество изображения фильма в MPEG-4 может быть лучше MPEG Однако применение новых алгоритмов сжатия повлекло за собой и существенное увеличение требований к вычислительным ресурсам. Стандарт MPEG-2 состоит из трех основных частей: Системная часть описывает форматы кодирования для мультиплексирования звуковой, видео и другой информации. Она рассматривает вопросы комбинирования одного или более потоков данных в один или множество потоков, пригодных для хранения или передачи. Видеочасть стандарта описывает кодированный битовый поток для высококачественного цифрового видео. MPEG-2 поддерживает черезстрочный видеоформат и содержит средства для поддержки ТВЧ. Звуковая часть стандарта MPEG-2 определяет кодирование многоканального звука. MPEG-2 поддерживает до пяти полных широкополосных каналов плюс дополнительный низкочастотный канал и или до семи многоязычных комментаторских каналов. Применение стандарта MPEG-2 в вещательном телевидении позволяет значительно снизить скорость передачи видео- и звуковых данных и за счет этого транслировать несколько цифровых программ в стандартной полосе частот радиоканалов эфирного, кабельного и спутникового телевизионного вещания. Например, большие преимущества MPEG-2 дает в системах спутникового телевизионного вещания. Сжатие позволяет передать по одному стандартному каналу от одного до пяти цифровых каналов при профессиональном уровне качества видеосигнала. Важно и то, что цифровые каналы по сравнению с аналоговыми предоставляют более широкие возможности для передачи дополнительной информации. Таким образом, один стандартный спутниковый канал позволяет транслировать телевизионных программ. Возможно использование цифровых каналов с более высокими коэффициентами сжатия. При этом в одном стандартном канале передается до десяти видеопрограмм. Однако в этих случаях заметна потеря качества изображения. В общем случае переход к цифровому многопрограммному ТВ вещанию предполагает постепенный вывод из эксплуатации аналоговых систем вещания: SECAM, PAL, NTSC, освобождение за счет этого существующих радиоканалов и линий связи, а также их перепрофилирование для цифрового ТВ вещания. При этом система многопрограммного ТВ вещания должны быть встроена в существующий частотный план распределения ТВ каналов, который предусматривает полосу пропускания 8 МГц для эфирного и кабельного ТВ вещания, 27 МГц — для спутниковых систем непосредственного ТВ вещания и 33, 36, 40, 46, 54, 72 МГц — для фиксированных служб спутниковой связи. Необходимо также учитывать сложившуюся взаимосвязь между спутниковыми и наземными системами телевещания, предполагающую использование кабельных ТВ каналов и эфирных сетей вещания для доведения спутниковых программ до телезрителей. При цифровом вещании взаимный обмен телепрограммами между наземными и спутниковыми вещательными службами существенно упрощается, если число цифровых ТВ программ в каждом стандартном по полосе пропускания спутниковом, кабельном и эфирном радиоканале будет одинаковым. Это требование было учтено при разработке международных стандартов на методы модуляции и канального кодирования в цифровых спутниковых и наземных каналах связи — DVB-S, DVB-C и DVB-T Digital Video Broadcasting — Satellite, Cable, Terrestrial — путем применения для более узкополосных радиоканалов более сложных и эффективных по плотности передачи информации методов модуляции. При организации многопрограммного цифрового ТВ вещания весьма важно правильно выбрать скорость передачи, поскольку от этого непосредственно зависит качество изображения и звукового сопровождения. При этом декодированный видеосигнал будет пригоден для последующей цифровой обработки. В этом случае декодированный видеосигнал будет малопригоден для последующей обработки и повторного кодирования с информационным сжатием. В настоящее время общепринятым стандартом воспроизведения звука служат аудио компакт-диски. Поэтому в стандарте MPEG-2 предполагается, что в системах цифрового ТВ вещания качество звукового стереофонического сопровождения субъективно не должно отличаться от звука с компакт-диска. Цифровой поток для передачи дополнительной информации ДИ выбирается в зависимости от ее предполагаемого объема. Стандарт MPEG-2 не регламентирует методы сжатия видеосигнала, а только определяет, как должен выглядеть битовый поток кодированного видеосигнала, поэтому конкретные алгоритмы являются коммерческой тайной фирм-производителей оборудования. Однако существуют общие принципы, и процесс сжатия цифрового видеосигнала может быть разбит на ряд последовательных операций рис. После аналого-цифрового преобразователя АЦП производится предварительная обработка сигнала, которая включает в себя следующие преобразования:. Все эти данные преобразуются в цифровые потоки с помощью различных алгоритмов. Видеоканал преобразуется в цифровой поток с помощью алгоритма MPEG В спутниковом вещании в настоящий момент используется так называемый основной уровень с форматом разложения на строк в кадре и отсчетов на строку. Для сжатия видеоданных строятся кадры трех типов. Кадры типа - I interfarme - это полные кадры, сжатые по методу, аналогичному JPEG. Такой метод позволяет добиться различной степени компрессии — выше сжатие — больше потерь качества изображения и наоборот. Кадры типа - Р predicted - предсказанные получаются с использованием алгоритмов компенсации движения и предсказания вперед по предшествующим кадрам. В Р -кадрах, если сравнивать их с I -кадрами, в три раза выше достижимая степень сжатия видеоданных. Кадры типа - В bidirectional — двунаправленные получаются четырьмя различными алгоритмами в зависимости от характера видеоданных. B-кадры содержат изменения относительно предыдущих и последующих кадров, используемых в качестве опорных. Это наиболее сжатые кадры. Кадры различных типов собираются в группу — GOP , состоящие обычно из 12 чередующихся кадров. Типичным является следующий порядок кадров:. I0, B1, B2, P3, B4, B5, P6, B7, B8, P9, B10, B11, I12, B13, B14, P15 и т. При передаче порядок следования I, Р и В кадров меняется так, чтобы в декодер сначала поступили опорные I и Р кадры, без которых нельзя начать декодирование. Типичным является следующий порядок передачи:. Для правильного декодирования в поток видеоданных включаются Метки Времени декодирования — DTS и Метки времени показа — PTS. В результате получается поток цифровых данных, требуемая скорость передачи для такого потока — от 6 до 1. Звуковые каналы преобразуются в цифровой поток по нескольким алгоритмам. Вообще, звуковой канал с CD-качеством звука дискретизация Использование сжатия по методу MPEG Audio Уровня 3 МР-3 позволяет добиться сжатия аудиоданных в раз. Уровень 1 сжимает данные 1: Уровень 2 сжимает данные в раз и требует скорости Dolby AC-3 интересен еще и тем, что в таком формате записан звук большинства современных фильмов в кинематографе. Синхронизация обеспечивается эталонным генератором 27МГц на приемной стороне. Для подстройки частоты и фазы эталонного генератора периодически должно передаваться Поле Эталонных часов - PCR Program Clock Reference. Кроме того, как уже говорилось, видеопоток содержит Метки Времени DTS и PTS. Последние два потока в MPEG принято называть системными. Итак, для конкретного телеканала получено три потока сжатых данных - видео, аудио и системный. Все потоки требует различных скоростей передачи, по этому они мультиплексируются — то есть, режутся на блоки и складываются в один общий высокоскоростной поток. Блоки принято называть пакетами, а для того чтобы разделить потоки на приемной стороне, каждому цифровому потоку назначается Идентификатор Пакета PID. Каждый пакет в заголовке содержит идентификатор своего потока. Размер такого блока байт. Далее пакеты защищаются — к ним добавляется Reed-Solomon code — код Рида-Соломона, который позволяет скорректировать ошибки от выпавших или неправильно переданных бит на приемной стороне за счет избыточной информации, которую он несет. С добавленным RS-кодом длина пакета становится байта. Полученный пакет представляет собой в MPEG единицу представления данных и его принято называть Упакованый Элементарный Поток PES - Paketised Elementary Stream. Вторая ступень защиты — это FEC Forward Error Correction - избыточность для возможной коррекции ошибок вводится еще раз. Совокупность таких пакетов образует Транспортный поток TS - Transport Stream. Если поток образован одной телепрограммой, то его скорость Формирование и декодирование такого потока было стандартизовано в MPEG Однако, транспондеры современных спутников способны иметь полосу пропускания сигнала 33 - 72МГц. Поэтому в стандарте DVB была оговорена возможность включать в транспортный поток цифровые данные для нескольких телепрограмм сразу. Действительно, высокоскоростной транспондер в этом случае способен передать телепрограмм сразу. Для передачи дополнительной информации в DVB используются специальные таблицы, которые либо несут информацию сами, либо уточняют структуру других потоков. Эти таблицы с определенной периодичностью включаются в общий транспортный поток и могут быть выделены по PID, которые для конкретных таблиц специально зарезервированы. Для более надежного распознавания таблицы имеют также Идентификатор, который находится в ее начале. Для таблиц определен максимальный интервал, в течение которого она должна появиться в транспортном потоке. Если такой интервал не указан — таблица считается факультативной. Наименование таблицы PID Hex Table ID Min Интервал Max Интервал PAT - Таблица программ 00 25ms 0. Такие таблицы периодически включаются в транспортный поток. С их помощью компьютер ресивера управляет демультиплексором потока. Выделить сервисную таблицу возможно по PID, которые зарезервированы только для этих таблиц. Наибольшую важность представляет PAT Program Association Table. Данная таблица содержит названия всех программ в данном потоке и PIDы для их PMT Program Map Table — Таблиц Структуры Программы. Последние включаются в поток для каждой телепрограммы и содержат PIDы ее компонентов - видео, звука, синхронизации. С появлением первых DVD-проигрывателей, обладающих относительно доступной ценой, MPEG-2 был выбран в качестве основного формата компрессии видеоданных за его высокое качество и относительно высокую степень сжатия. Эти данные являются балластными или, если использовать термин, предложенный комитетом MPEG, избыточными. Избыточные данные удаляются практически без ущерба для изображения, а на место повторяющихся участков при воспроизведении подставляется один-единственный оригинальный фрагмент. После разбивки видеопотока на фреймы, данный алгоритм анализирует содержимое очередного фрейма на предмет повторяющихся избыточных данных. Составляется список оригинальных участков и таблица участков повторяющихся. Оригиналы сохраняются, копии удаляются, а таблица повторяющихся участков используется при декодировании сжатого видеопотока. Результатом работы алгоритма удаления избыточной информации является превосходное высокочеткое изображение при низком битрейте. Но и у этого алгоритма есть ограничения. Например, повторяющиеся фрагменты должны быть достаточно крупными, иначе пришлось бы заводить запись в таблице повторяющихся участков чуть ли не на каждый пиксел, что свело бы пользу от таблицы к нулю, так как ее размер превышал бы размер фрейма. В MPEG-2 используется нелинейный процесс дискретно-косинусного преобразования. Теперь стало возможным в процессе кодирования задавать точность частотных коэффициентов матрицы квантования, что непосредственно влияет на качество получаемого в результате сжатия изображения и на размер тоже. Используя MPEG-2, пользователь может задавать следующие значения точности квантования — 8, 9, 10 и 11 бит на одно значение элемента, что делает этот формат значительно более гибким по сравнению с MPEG-1, в котором было только одно фиксированное значение — 8 бит на элемент. Также стало возможным загрузить отдельную матрицу квантования quantization matrix непосредственно перед каждым кадром, что позволяет добиться очень высокого качество изображения, хоть это и довольно трудоемко. Быстро движущиеся участки — традиционно слабое место для MPEG, в то время как статичные участки изображения кодируются очень хорошо. Отсюда следует вывод, что нельзя статику и участки с движением кодировать одинаково, поскольку качество изображения зависит от стадии квантования, которая во многом зависит от используемой матрицы квантования. Поэтому, меняя эти матрицы для разных участков видеоролика можно добиться улучшения качества. Не обошли нововведения и алгоритмы предсказания движения. Данные алгоритмы существенно повысили качество картинки и, что немаловажно, позволили делать ключевые кадры реже, увеличив, таким образом, количество промежуточных кадров и повысив степень сжатия. Основной размер блоков, на которые разбивается изображение, может быть 8х8 точек, 16х16 и 16х8. Необходимо, чтобы разрешение изображения по вертикали и горизонтали было кратно 16 в режиме покадрового кодирования, и 32 по вертикали в режиме кодирования полей field-encoder , где каждое поле состоит из двух кадров. Помимо вышеперечисленных улучшений в формат MPEG-2 были введены еще несколько новых, нигде ранее не используемых, алгоритмов компрессии видеоданных. Наиболее важные из них - это алгоритмы под названиями Scalable Modes , Spatial scalability , Data Partitioning , Signal to Noise Ratio SNR Scalability и Temporal Scalability. Scalable Modes - набор алгоритмов, который позволяет определить уровень приоритетов разных слоев видеопотока. Поток видеоданных делится на три слоя — base, middle и high. Наиболее приоритетный на данный момент слой например, передний план кодируется большим битрейтом. Spatial scalability пространственное масштабирование — при использовании этого алгоритма, базовый слой кодируется с меньшим разрешением. В дальнейшем полученная в результате кодирования информация используется в алгоритмах предсказания движения более приоритетных слоев. Data Partitioning дробление данных — этот алгоритм дробит блоки размером в 64 элемента матрицы квантования на два потока. Один поток данных, более высокоприоритетный состоит из низкочастотных наиболее критичные к качеству компонентов, другой, соответственно, менее приоритетный состоит из высокочастотных компонентов. В дальнейшем эти потоки обрабатываются по-разному. Именно поэтому в MPEG-2 и динамические и статистические сцены смотрятся весьма неплохо. Низкоприоритетные слои более дискретизированны, более грубы, соответственно, содержат меньше данных, а высокоприоритетный слой содержит дополнительную информацию, которая при декодировании позволяет восстановить высококачественное изображение. Temporal Scalability временное масштабирование — после действия этого алгоритма у низкоприоритетного слоя уменьшается количество ключевых блоков информации, при этом высокоприоритетный слой, напротив, содержит дополнительную информацию, которая позволяет восстановить промежуточные кадры, используя для предсказания информацию менее приоритетного слоя. У всех этих алгоритмов много общего: Использование этих алгоритмов позволяет достичь высокого сжатия при практически незаметном ухудшении картинки. Как уже отмечалось, системная часть стандарта MPEG-2 регламентирует порядок формирования единого транспортного потока данных из множества элементарных потоков и определяет порядок их кодирования. После сжатия звуковой и видеоинформации на выходе соответствующих кодеров формируются элементарные потоки ES — Elementary Stream. Несколько элементарных потоков поступают на вход формирователя пакетированного элементарного потока PES — Packetized Elementary Stream. В результате на его выходе образуется пакетированный элементарный поток одного телевизионного канала, который может состоять, например, из одного элементарного потока видеоданных и нескольких элементарных потоков звукового сопровождения. Из всех подаваемых на вход мультиплексора пакетированных элементарных потоков формируется транспортный поток. Кроме PES, на мультиплексор поступают сигналы синхронизации и различные цифровые данные, например, телетекст, коды доступа и т. Структура ES, PES и транспортного потоков представлены на рис. Элементарный поток содержит только один вид кодированной информации — звук или видео. Пакетированный элементарный поток состоит из заголовка пакета и следующего за ним пакета данных переменной длины до 64 килобайт. Заголовок пакета состоит из следующих полей:. Транспортный поток состоит из цепочки PES-пакетов фиксированной длины байт , причем по окончании каждого из них находится 16 байт контрольной суммы. К ним предъявляются следующие требования:. Качество кодирования и декодирования телевизионных сигналов по стандарту MPEG-2 определяется не только возможностями аппаратных средств, но и уровнем проработки специализированного программного обеспечения. Разрабатывать данный стандарт начали еще в первой половине х годов прошлого века. Однако, применение новых алгоритмов сжатия повлекло за собой и существенное увеличение требований к вычислительным ресурсам. Алгоритм компрессии видео в MPEG-4 работает по той же схеме, что и в предыдущих форматах. При кодировании исходного изображения кодек ищет и сохраняет ключевые кадры, на которых происходит смена сюжета. А вместо сохранения промежуточных кадров прогнозирует и сохраняет лишь информацию об изменениях в текущем кадре по отношению к предыдущему. Полученная, таким образом, информация сжимается по алгоритмам компрессии, аналогичным тем, что применяются в архиваторах. Компрессия звука чаще всего производится в формате MP3 или WMA. Однако, здесь возможно использование любого кодека, вплоть до применяемого в DVD шестиканального AC-3 потока. Кардинальное нововведение при компрессии видео в MPEG-4 заключается в следующем. В отличие от предыдущих форматов, которые делили изображение на прямоугольники, новый кодек при обработке изображений оперирует объектами с произвольной формой. К примеру, человек, двигающийся по комнате, будет воспринят как отдельный объект, перемещающийся относительно неподвижного объекта — заднего плана. Естественно, алгоритмы поиска и обработки подобных объектов требуют гораздо больше вычислительных ресурсов, нежели в случае MPEG При кодировании телевизионных программ высокой чёткости HDTV как правило, используется алгоритм компрессии MPEG Приемная антенна предназначена для приема и концентрации электромагнитных волн, исходящих cо спутника-ретранслятора. Антенны, применяемые в установках непосредственного телевизионного вещания, не имеют каких-либо принципиальных отличий от антенн СВЧ, используемых в других радиосистемах. По мере развития спутниковой связи совершенствовалось и приемное оборудование. Новые достижения радиоэлектроники, повышение мощности ретрансляторов и установка на КА передающих антенн, формирующих узкий луч, позволили уменьшить размеры приемной антенны до 40 — 60 см. К современной антенне, кроме достаточно жестких технических требований, предъявляются также требования экономической целесообразности, эстетики, надёжности эксплуатации. Существуют также антенны других конструкций рупорные, линзовые , но, несмотря на ряд ценных качеств, из-за высокой стоимости они находят лишь ограниченное применение. Однако не исключена возможность, что в дальнейшем они будут использоваться более широко. При рассмотрении общих электрических параметров, характеризующих качество антенны, необходимо отметить, что, как следует из теории антенных устройств, приемные и передающие антенны имеют одни и те же электрические характеристики. Рабочий диапазон волн — это диапазон, в пределах которого антенна сохраняет с заданной точностью свои основные параметры направленное действие, поляризационную характеристику, согласование. Требования к постоянству параметров в пределах рабочего диапазона могут быть различными в зависимости от условий использования антенны. Если ширина рабочего диапазона не превосходит нескольких процентов от длины средней волны диапазона, то антенна называется узкодиапазонной , а если составляет несколько десятков процентов и больше — широкодиапазонной. Существенное значение имеют характеристики направленности. Благодаря возможности создания антенн с высокой пространственной избирательностью осуществляется прием программ спутникового ТВ вещания. Наглядное представление о распределении энергии волн дает амплитудная характеристика направленности. Характеристика направленности приемной антенны определяется величиной наводимой в ней электродвижущей силы ЭДС в зависимости от направления в пространстве или от угла падения приходящей волны. При этом поле измеряется на одном и том же достаточно большом расстоянии r от антенны и предполагается, что потери в среде отсутствуют. Диаграммы направленности в полярной и декартовой системах координат. Графическое изображение характеристики направленности называют диаграммой направленности. Пользоваться такой диаграммой неудобно. Данное определение относится к диаграмме направленности по полю. В некоторых случаях используется понятие характеристики диаграммы направленности по мощности, которая определяется зависимостью плотности потока мощности от направления в пространстве. Плотность потока мощности представляет собой мощность излучения, проходящего через единичную площадку, расположенную перпендикулярно направлению распространения волны. Она легко получается из ненормированной характеристики путем деления всех ее значений на максимальное: Область 1 называют основным главным лепестком, области 2 — задними и боковыми лепестками. Чем меньше угол раствора главного лепестка и уровень заднего и боковых лепестков, тем больше уровень сигнала на выходе антенны и выше помехозащищенность приема. Направленное действие антенны часто оценивают по углу раствора диаграммы направленности, который также называют шириной диаграммы. Поток мощности соответственно уменьшается вдвое. Для сравнения направленных антенн вводят параметр — коэффициент направленного действия КНД. Коэффициент направленного дей-ствия D — это число, показывающее, во сколько раз пришлось бы увеличить мощность излучения антенны при переходе от направленной антенны к ненаправленной при условии сохранения одинаковой напряженности поля в месте приема при прочих равных условиях:. Коэффициент направленного действия приемной антенны показывает, какому увеличению мощности передатчика эквивалентно даваемое направленной антенной превышение сигнала над уровнем помех по сравнению с приемом на ненаправленную антенну при условии равномерного распределения помех во всех направлениях. Коэффициент направленного действия для реальных антенн достигает значения от единиц до нескольких тысяч. Он показывает выигрыш в мощности, который можно получить за счет использования антенны направленного действия, но не учитывает возможных в ней потерь. Между эффективной площадью А и коэффициентом направленного действия D антенны существует следующая связь:. Поскольку параметр D применяется как к передающим, так и к приемным антеннам, постольку и параметр А также может быть использован для характеристики свойств любых антенн — и приемных, и передающих. Для суждения о выигрыше, даваемом антенной, при учете, как ее направленного действия, так и потерь в ней служит параметр, называемый коэффициентом усиления антенны. Отношение мощностей в последнем выражении определяется при условии получения одинаковой напряженности поля в точке приема. Таким образом, коэффициент усиления показывает, во сколько раз нужно уменьшить или увеличить мощность, подводимую к направленной антенне, по сравнению с мощностью, подводимой к идеальной ненаправленной антенне без потерь, для того чтобы получить одинаковую напряженность поля в данном направлении. Если специальных оговорок не делается, то под коэффициентом усиления так же, как и под коэффициентом направленного действия подразумевается его максимальное значение, соответствующее направлению максимума диаграммы направленности. Антенна должна иметь возможно больший коэффициент усиления G и, следовательно, большие геометрические размеры, что делает ее дорогостоящим сооружением. Поэтому при заданной геометрической площади важно получить максимальный коэффициент усиления G. Фактически, из-за неточностей, допускаемых при изготовлении антенны, из-за деформаций, вызываемых ветровыми нагрузками, односторонним солнечным нагревом и т. Колебания спутника-ретранслятора на геостационарной орбите. С увеличением значения G должна уменьшаться ширина главного лепестка диаграммы направленности. В случае уменьшения ширины диаграммы направленности до величин менее одного градуса необходимо снабжать антенну системой слежения, так как геостационарные спутники совершают сложные гармонические годовые и суточные колебания, которые с Земли наблюдаются в форме изменяющейся восьмерки рис. Увеличение ширины диаграммы направленности приводит к уменьшению коэффициента усиления G H , и как следствие, падению мощности сигнала на входе приемника. К уменьшению коэффициента усиления G приводит также наличие в диаграмме направленности антенны боковых лепестков. Еще одна причина, заставляющая уделять особое внимание боковым лепесткам, состоит в необходимости обеспечения высокой помехозащищенности приемной установки. Через боковые лепестки на вход приемника могут попадать помехи от соседних спутников-ретрансляторов, от наземных радиолокаторов и радиорелейных линий связи, работающих в СВЧ диапазоне, и т. Таким образом, снижение уровня боковых лепестков особенно уровня первого бокового лепестка позволяет значительно повысить помехозащищенность приемной установки. Большое значение имеют поляризационные свойства антенны. Распространяющаяся электромагнитная волна характеризуется векторами электрической Е и магнитной Н напряженности электромагнитного поля. Векторы Е и Н вдоль направления распространения волны непрерывно изменяют во времени свои значения в соответствии с законом, по которому изменялся ток в проводнике, возбудивший электромагнитную волну рисунок 4. Особую роль при распространении волны играет пространственная ориентация этих векторов. Поляризация излучения определяется положением вектора Е. Зная направление этого вектора в пространстве и изменение этого направления во времени, можно составить представление о характере поляризации волны. В случае линейной поляризации вектор напряженности электрического поля колеблется по направлению от положительного до отрицательного в вертикальной или горизонтальной плоскости вертикальная или горизонтальная поляризация рис. Более сложное представление имеет вращающаяся поляризация рис. В этом случае вектор Е в точке наблюдения непрерывно меняет свою ориентацию. За период волны вектор Е делает один полный оборот в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Кривая, которую описывает конец этого вектора в точке наблюдения за один период, называется поляризационной характеристикой. Поляризационная характеристика антенны с вращающейся поляризацией представляет собой эллипс. Определяющими параметрами эллипса, являются коэффициент эллиптичности т и угол наклона а рис. Коэффициент m в общем случае может принимать значения от 0 до 1 0 соответствует линейно поляризованному полю, 1 — полю с круговой поляризацией. Углом наклона а называется угол между большой осью эллипса и координатной осью X рис. В зависимости от направления вращения вектора Е различают поля правого и левого вращения. Полем левого вращения называется такое поле, вектор вращения Е которого вращается по часовой стрелке для наблюдателя, смотрящего навстречу направлению распространения волны. Вектор Е поля правого вращения вращается против часовой стрелки. Поляризационные характеристики, изображенные на рис. Необходимо отметить, что поляризация волн, проходящих через направление максимального излучения главный лепесток , называется главной, или основной. В других плоскостях имеется составляющая поля, поляризованная перпендикулярно основной поляризации. Эта составляющая называется кроссполяризационной и является нежелательной. Уровень кроссполяризационного излучения определяется как отношение мощности, излучаемой антенной в направлении максимума на рабочем виде поляризации, к мощности, излучаемой этой же антенной, на побочном виде поляризации в направлении максимума побочного излучения. Поляризация сигнала, излучаемого спутником-ретранслятором, определяется конструкцией его передающей антенны. Для обеспечения качественной телевизионного приема необходимо! Таким образом, исходя из приведенных выше сведений, можно сформулировать требования к основным характеристикам приемных антенн непосредственного телевизионного вещания. Сегодня, приведенным выше требованиям, наиболее полно соответствуют зеркальные антенны, которые в основном и применяются в спутниковой радиосвязи. Практически все антенны, которые используются в индивидуальных установках — это параболические зеркальные антенны, выполненные по однозеркальной схеме. Зеркальная антенна - это система из одного или нескольких металлических зеркал. При прочих одинаковых характеристиках зеркальные антенны оказались самыми дешевыми и технологичными. Такое зеркало концентрирует в точке 0; F энергию радиоволн, если они приходят с направления, совпадающего с направлением оси OY. Источником приемником электромагнитной волны обычно служит небольшая элементарная антенна, называемая, в этом случае, облучателем зеркала, или просто облучателем. Зеркало и облучатель являются основными элементами зеркальной антенны. В случае построения такой антенны как приемной рис. Широко известный и исторически первый тип зеркальных антенн — осесимметричный параболический рефлектор с расположенным в его фокусе облучателем. Достоинствами такой антенны являются простота и относительно невысокая стоимость. Именно поэтому такие антенны более всего подходят для индивидуальных приемных установок. Принцип работы зеркальных антенн проще всего рассмотреть с помощью метода геометрической оптики. Схема осесимметричной параболической антенны изображена рис. Действие параболического зеркала заключается в том, что лучи, расходящиеся из фокуса, после отражения от поверхности становятся параллельными см. Параллельным лучам соответствует плоский фронт волны. Если в фокусе параболической антенны поместить источник сферической волны, то после отражения от зеркала она преобразуется в плоскую. В случае работы такой антенны в качестве приемной, падающая электромагнитная волна после отражения концентрируется в фокусе, в котором расположен облучатель. В качестве отражающих поверхностей, в основном, применяют металлические зеркала, дающие практически полное отражение падающих на них лучей. Методы геометрической оптики, согласно которым каждый луч облучателя, падающий на какую-либо точку параболоида, создает определенный отраженный луч, являются приближенными. Строго говоря, геометрическая оптика справедлива, если длина электромагнитной волны бесконечно мала по сравнению с размерами зеркала и радиусами его кривизны. Более точное физическое объяснение принципа действия зеркальной антенны состоит в следующем. Энергия электромагнитного поля, направляемая облучателем на зеркало, возбуждает токи на его поверхности. Каждый элемент поверхности параболоида, обтекаемый током, может рассматриваться как элементарный источник, излучающий энергию в различных направлениях широкая диаграмма направленности. Для получения узкой диаграммы направленности, необходимо распределить энергию между элементарными источниками так, чтобы в нужном направлении поля их излучений оказались синфазными. Радиус R o этого круга называется радиусом раскрыва. Зеркало называется мелким, или длиннофокусным рис. Диаграмма направленности параболической антенны полностью определяется распределением поля в ее раскрыве и соотношением между длиной волны и радиусом раскрыва зеркала. При фиксированном значении раскрыва зеркала главный лепесток диаграммы направленности будет наиболее узким при равноамплитудном распределении поля в раскрыве зеркала. Однако при таком распределении боковые лепестки будут большими. Если амплитуда поля спадает к краям зеркала, то главный лепесток диаграммы направленности несколько расширяется, а уровни боковых лепестков уменьшаются. Во многих случаях уменьшение уровня боковых лепестков является весьма желательным, вследствие чего зеркало облучают так, чтобы амплитуда поля уменьшалась при перемещении от центра раскрыва к его краям. Однако уменьшение амплитуды поля к краям площадки ведет к уменьшению коэффициента использования поверхности раскрыва, что нежелательно. Вследствие этого ищется компромиссное решение вопроса о наиболее рациональном облучении зеркала. Если от зеркальной антенны стремятся получить наибольший коэффициент усиления, то зеркало облучают так, чтобы амплитуда поля на его краях была на 10дБ ниже, чем в центре раскрыва. Если стремятся, по возможности, уменьшить, уровень боковых лепестков и, следовательно, собственную шумовую температуру антенны, то понижение амплитуды поля к краям зеркала достигает 15 — 20 дБ. Как уже указывалось, распределение поля в раскрыве зеркала определяется диаграммой направленности облучателя и соотношением между радиусом раскрыва и фокальным параметром параболоида. Выбирая тот или иной облучатель, размер параболоида и значение фокусного расстояния, добиваются получения требуемой диаграммы направленности зеркальной антенны. Диаграммы направленности зеркал различной глубины также различны. Это объясняется различием в распределении амплитуд поля в раскрыве зеркал. Менее глубокие зеркала облучаются более равномерно. Вследствие этого главный лепесток у них получается более узким, но зато боковые лепестки увеличиваются. Получить заданное амплитудное распределение в раскрыве можно различными способами:. Как следует из вышеизложенного, снижение уровня боковых лепестков может быть обеспечено спадом амплитуды возбуждения от центра к краю антенны. Наиболее эффективный и простой способ ослабления влияния этих факторов — использование цилиндрических экранов бленд. Они размещаются по контуру раскрыва зеркала рисунок 4. Продольный размер экрана подбирают так, чтобы уровень возбуждения его кромки был близок к нулю. Дифракционные поля, возникающие на кромке бленды, являясь синфазными, создают высокий уровень поля в обратном направлении. Для снижения этого уровня кромке можно придать специальную форму, при которой дифракционные поля от отдельных участков кромки будут расфазированы. Аналогичного эффекта можно добиться применением скошенных бленд рис. Дифракционное излучение кромки может быть значительно уменьшено, если периферийную область зеркала сделать полупрозрачной. Это достигается ее перфорацией, причем диаметр отверстий должен увеличиваться по мере приближения к кромке, как это показано на рис. Сравнительно простой способ подавления дифракционного поля заключается в использовании дополнительных экранов. Форма и число экранов могут быть самыми различными. Во всех случаях поле в заднем полупространстве формируется за счет дифракции поля облучателя на кромке экранов. Использование одиночного плоского экрана позволяет уменьшить величину напряженности поля в заднем полупространстве на 8 — 14 дБ, а двух экранов — на 20 — 25 дБ. При этом точность изготовления и установки экранов могут быть невысокими. Коэффициент направленного действия D параболической антенны удобно определять через эффективную площадь ее поверхности А:. Численное значение коэффициента использования поверхности раскрыва определяется не только законом распределения амплитуды поля по раскрыву антенн, но и рядом других факторов, обусловленных конструкцией антенны. Суммарный коэффициент использования поверхности антенны может быть выражен через эти коэффициенты следующим образом:. Отдельные сомножители этого выражения не могут одновременно принимать своих максимальных значений. Широко распространенный компромиссный вариант состоит в том, что края антенны возбуждаются примерно на 10 дБ слабее, чем ее центр. При этом произведение v a и v y составляет 0,7 — 0,8. Коэффициент направленного действия не отражает потерь энергии на рассеивание, т. Поэтому КНД параболических зеркал не является параметром, достаточно полно характеризующим выигрыш, получаемый от их применения. Для более полной характеристики следует использовать такой параметр, как коэффициент усиления антенны:. У зеркальных антенн с рупорным или волноводным облучателем кроссполяризационные составляющие небольшие. Из-за отсутствия симметрии уровень кроссполяризационного поля для зеркала со смещенным облучателем относительно высок. Возможность двукратного использования частот на основе развязки по поляризации ограничена деполяризующими факторами среды распространения: Для волн с ортогональными поляризациями капли дождя, которые имеют сплюснутую форму, обусловливают различные эффективные длины путей, что влияет на уровень порождаемого ими кроссполяризационного излучения. В ионосфере происходит поворот плоскости поляризации линейно поляризованной волны, вызванный эффектом Фарадея. Это приводит к поляризационным потерям, обусловленным рассогласованием поляризаций принимаемого поля и приемной антенны. Кроме классических зеркальных рефлекторов в СНТВ большое распространение получили антенны с вынесенным из фокуса облучателем офсетные антенны , схематически изображенные на рис. При расположении фазового центра облучателя в фокусе параболоида фронт волны, отраженной от зеркала, будет плоским. Направление максимума излучения совпадает с направлением зеркала оптической оси. Смещение облучателя в направлении, перпендикулярном оптической оси зеркала, вызывает отклонение направления главного максимума излучения в сторону, противо-положную смещению облучателя. Рассмотрим фронт волны в раскрыве зеркала приемной антенны. Если облучатель находился в фокусе F , луч доходит от любой точки раскрыва до точки F примерно за одно и то же время t. При размещении облучателя в точке F рис. Направление максимума излучения всегда перпендикулярно фронту волны, и, следовательно, вся диаграмма направленности отклонится на тот же угол а в сторону, противоположную смещению облучателя. Вынос облучателя приводит не только к отклонению диаграммы направленности, но и к ее искажению вследствие нарушения линейного закона изменения фазы поля в раскрыве рис. Это расширяет главный лепесток и увеличивает уровень боковых лепестков, что ведет к снижению коэффициента усиления. Чем мельче зеркало, тем меньше будут искажения при том же угловом смещении облучателя, т. К недостаткам офсетных антенн следует также отнести более высокий уровень кроссполяризации, приводящий к дополнительным помехам. Приемная офсетная зеркальная антенна Рис. Отклонение диаграммы направленности, вызванное смещением облучателя в направлении, перпендикулярном оси параболоида. Линии равных фаз отраженного от зеркала поля для различных смещений облучателя Рис. Затенение облучателем и опорами поверхности рефлектора у неофсетной антенны. Ориентация прямофокусной слева и офсетной справа антенн на спутник. Осевая симметричность зеркала учитывается при установке и ориентации антенны. Прямофокусная антенна ориентируется так, чтобы ее оптическая ось ось симметрии совпадала с направлением на спутник. Мультифокусные зеркальные антенны разработаны для обеспечения приема с нескольких обычно 2 — 3 спутников ТВ программ одной антенной, не оснащенной поворотным устройством рис. Облучатели крепятся при помощи дополнительного устройства рис. Сферическая геометрия мультифокусной антенны. Вариант крепления двух облучателей Рис. Вариант крепления трех облучателей. Неизбежные при этом потери сигнала можно компенсировать увеличением диаметра зеркала. Особую популярность такие системы приобрели в Европе для просмотра ТВ каналов со спутников Hot Bird, Astra, Eutelsat и др. Изготовить зеркальную антенну, профиль которой полностью соответствовал бы выражениям, описывающим параболоид, невозможно, так же как невозможно сделать какое-либо устройство с абсолютной точностью. Рассмотрим, как влияет отклонение формы поверхности зеркала от параболоида на характеристики антенны. Из анализа хода лучей в параболическом рефлекторе рис. В результате электромагнитное поле в раскрыве антенны оказывается несинфазным возникают фазовые ошибки. Эти ошибки приводят к ухудшению практически всех электрических характеристик антенны:. Кроме этого, при эксплуатации антенной системы возникает ряд нежелательных эффектов, приводящих к отклонению формы поверхности зеркала: Суммарное отклонение профиля антенны определяется действием всех перечисленных факторов. У лучших современных антенн, предназначенных для диапазона 10 - 12 ГГц, суммарно отклонение не превышает 0,5 мм. Для антенн с малой кривизной зеркала обеспечить высокую точность поверхности гораздо легче, чем для глубоких зеркал. Определенный интерес вызывают перфорированные рефлекторы. Они представляют собой зеркало, по всей поверхности которого расположены отверстия. Достоинством таких рефлекторов являются меньшие ветровые нагрузки и масса, а также то, что они мало задерживают влагу. Считается, что перфорированные рефлекторы лучше вписываются в архитектурный стиль исторических районов города. Однако в Кu -диапазоне коэффициент усиления таких рефлекторов меньше по сравнению со сплошными. На срок службы рефлектора, в основном, влияет конструкция, материал и способ изготовления. Антенна функционирует с заданными параметрами пока она новая, но с течением времени, по мере воздействия внешних факторов, эффективность ее работы снижается. При расчетах и изготовлении рефлектора должны быть учтены допуски на расширение и сжатие материала, из которого он изготовлен, обусловленные воздействием ветра, тепла, коррозии и других факторов внешнего воздействия. Рефлектор — это наиболее критичный компонент приемного комплекса. При изготовлении зеркал параболических антенн наибольшее распространение в настоящее время получили методы раскатки и штамповки металла, а также горячей прессовки композитных материалов различных пластиков. Выбор технологии производится в зависимости от диаметра зеркал и особенностей формы их рабочей поверхности. Кроме того, на него влияет наличие производственной базы и объем выпуска. При изготовлении металлических рефлекторов чаще всего используются различные виды листовой штамповки: Очевидно, что применение каждого из этих методов должно быть обосновано с экономической точки зрения. Снизить стоимость оборудования при обработке давлением позволяет использование гидравлической вытяжки и штамповки взрывом. Для формовки зеркал параболических антенн ведутся работы по применению штамповки резиной. Желание избавиться от одного из жёстких элементов штампа обусловлено сложностью изготовления и дороговизной крупногабаритной стальной детали пуансона параболической формы. При использовании указанных способов штамповки шероховатость поверхности зеркала доводится до допустимой величины путем обработки листовой заготовки, так как при последующей формовке она остается неизменной. На холодной деформации листовой заготовки основана и ротационная раскатка, выполняемая стальными роликами по деревянной или металлической форме. Процесс ведётся либо на универсальных станках, либо на специальных приспособлениях. При изготовлении зеркал параболических антенн получило распространение и литье. Оно позволяет выполнить заготовку зеркала с крепежными элементами конструкции, обеспечивающими его механическую прочность. Недостатками являются высокая стоимость форм используется чаще всего литье под давлением и необходимость доводки зеркала по шаблону. Под действием вихревых токов металл как правило, алюминий расплавляется в ванне, после чего она приводится во вращение. Под действием центробежных сил поверхность металла приобретает форму параболоида. Затвердевание следует проводить в процессе вращения, как можно быстрее понижая температуру ванны, чтобы избежать искажения заготовки. Параметры параболического зеркала варьируются размерами ванны и скоростью вращения. Материал, из которого изготовлено зеркало антенны, во многом определяет характеристики и гарантийный срок эксплуатации. В настоящее время антенны выполняют из стали, алюминиевого сплава и пластика. Стальные и алюминиевые рефлекторы имеют хорошие электрические и механические характеристики. Одним из существенных преимуществ таких рефлекторов особенно стальных является невысокая стоимость. Стеклопластиковые рефлекторы изготавливаются путем проклеивания многих слоев стеклоткани. Далее поверхность оклеивается алюминиевой фольгой. Основным недостатком таких антенн является нарушение геометрии зеркала, так как клеевые структуры со временем теряют свою форму, коробятся, особенно под воздействием солнечных лучей. Антенны из литого термопластика изготавливаются следующим образом. На полученную методом прессования чашеобразную заготовку наносят трехслойное покрытие: Иногда в пластик добавляют металлический порошок-наполнитель либо армируют проволочной сеткой. Необходимо отметить, что в настоящее время зарубежные фирмы-производители достигли очень хороших результатов при изготовлении пластиковых рефлекторов методом горячей штамповки. Они гарантируют стабильность электрических характеристик рефлектора в течение 10 — 15 лет эксплуатации. Например, антенны Euston выполнены из стекловолоконного армированного непропитанного полиэстрового композиционного материала — специального твердого и инертного диэлектрика, стойкого к механическим, химическим и температурным воздействиям. Электромагнитная волна отражается за счет специальной установленной внутри алюминиевой сетки, которая работает рефлектором размер ячейки специально подобран, чтобы вес тарелки был малым, а волна отражалась полностью. Совершенно очевидно, что облучатель является весьма ответственным узлом антенной системы, поэтому рассмотрению его конструкции необходимо уделить особое внимание. Основные требования, предъявляемые к облучателям зеркальных антенн состоят в следующем:. Облучатель должен быть широкодиапазонным. Заметим, что диапазонность зеркальной антенны в целом полностью определяется диапазонностью облучателя и фидерного тракта, так как параметры самого зеркала либо совсем не зависят от частоты, либо зависят очень слабо. Диапазонность антенны зависит также от взаимного расположения облучателя и зеркала. Наиболее простую конструкцию имеют облучатели в виде волновода с открытым концом. Волновод представляет собой устройство, осуществляющее передачу энергии сверхвысокочастотного поля от источника к нагрузке. Широкое распространение получили волноводы круглого и прямоугольного сечения рис. Распределение поля в поперечном сечении волновода определяется геометрическими размерами этого сечения, частотой и порядковым числом волновода n. Размеры волновода определяют некоторую нижнюю граничную критическую частоту. В волноводе распространяются только те волны, частота которых выше этой критической частоты. Данная особенность волноводов запредельность используется в приемных системах для дополнительного подавления сигнала зеркальной частоты. На частотах выше критической имеется бесконечное количество типов волн, которые характеризуются двумя индексами, соответствующими числу максимумов поля Е в поперечном сечении волновода. В прямоугольном волноводе индекс т соответствует числу максимумов вдоль широкой стенки а , индекс п — числу максимумов вдоль узкой стенки b. Если вдоль какой-либо стенки изменение Е-поля отсутствует, то используют индекс 0. В круглом волноводе индекс т соответствует половине числа максимумов вдоль окружности поперечного сечения, п — числу максимумов в радиальном направлении. Если в волноводе возбудить заставить распространяться электромагнитную волну, то из его открытого конца в пространство начнет излучаться энергия. Эта особенность и позволяет использовать его в качестве простого облучателя зеркальных антенн. В случае работы антенны на прием облучатель является устройством для передачи энергии, сфокусированной рефлектором, в конвертор. В качестве облучателя лучше выбрать волновод круглого сечения, так как он в большей степени удовлетворяет требованиям, предъявляемым к облучателям зеркальных антенн. Диаграммы направленности круглого волновода рис. Вследствие этого диаграмма направленности зеркальной антенны с таким облучателем будет приближаться к поверхности тела вращения вокруг фокальной оси. Получить осесимметричную диаграмму непосредственно с помощью облучателя в виде открытого конца прямоугольного волновода нельзя. Отметим также, что волновод круглого сечения имеет меньший уровень побочного и обратного излучения по сравнению с прямоугольным волноводом. Кроме того, в результате облучения зеркала открытым концом круглого волновода уменьшается уровень кроссполяризации антенны. Это происходит потому, что поле круглого волновода само создает кроссполяризационное излучение, но противоположной поляризации по сравнению с кроссполяризационным излучением зеркала, образующимся при облучении его линейно поляризованным полем. Для обеспечения более узкой диаграммы волноводного облучателя, а также для его согласования с рефлектором к концу облучателя присоединяют рупор. Конический рупорный облучатель Рис. В этом случае круглый волновод заканчивается коническим рупором рис. Синфазные конические и пирамидальные рупоры с гладкими стенками формируют диаграмму направленности, которая в плоскости Н несколько шире, чем в плоскости Е. Это связано с различными законами распределения амплитуд в указанных плоскостях, что приводит к неосесимметричному и неоптимальному распределению поля в раскрыве антенны. Симметрию диаграмм в плоскостях Е и Н пирамидального рупора при низком уровне бокового излучения можно получить, если заменить ровную кромку рупора зубчатой. Высота зубцов берется близкой к средней длине волны рабочего диапазона, ширина — к половине длины волны. Кроме того, по периметру зубцов текут токи с различной фазе, поэтому средний уровень возбуждения кромки в плоскости Е меньше, чем в рупоре с плоской кромкой. Одним из вариантов облучателей с узкой осесимметричной диаграммой является ребристый рупор. По аналогии с ребристым волноводом, поле внутри можно представить бесконечным рядом пространственных гармоник, а во многих случаях, пренебрегая высшими гармониками, ограничиться только основной волной, в данном случае сферической. На гофрированных стенках рупора токи проводимости ослабляются. В силу закона непрерывности полного тока это будет вызывать ослабление электрического поля у стенок рупора, к которым вектор Е нормален. В результате распределение электрического поля в плоскостях Е и Н становится одинаковым, что приводит к идентичности диаграмм направленности рупора в этих плоскостях. Осесимметричную диаграмму направленности в широкой почти двукратной полосе частот можно получить, используя волновод с кольцевыми канавками. В литературе такой волновод называется также гофрированным, или ребристым. На подавление поверхностных токов число ребер влияет слабо, рекомендуется в начале рупора рёбра делать более тонкими, а в конце — более толстыми. Обычно в начале структуры делают 6 — 10 ребер на длину волны, а в конце — 2 — 4 ребра. Другой способ улучшения согласованности гофрированных рупоров состоит в следующем. Вместо концентрических канавок на стенках рупоров прорезается спиральная канавка с шагом витка вдоль стенки рупора, равным половине длины волны. Отраженные в этих точках волны возвращаются к питающему волноводу с одинаковой амплитудой и в противофазе и взаимно гасятся канавками. Глубина канавок такая же, как и у рупоров с концентрическими канавками. Схема рупора с одной спиральной канавкой показана на рис. Сравнение этих диаграмм с диаграммами такого же по геометрии рупора с гладкими стенками позволяет сделать вывод о том, что рупор со спиральной канавкой обладает лучшими характеристиками. К достоинствам ребристых рупоров относится также возможность получения диаграммы направленности с более крутыми скатами и кроссполяризационного излучения низкого уровня 30 — 35 дБ. Отметим, что ребра могут быть не только прямоугольными, но и V-образной формы, что упрощает технологию их изготовления и предоставляет возможность использования ребристого рупора вплоть до диапазона миллиметровых волн. Типовая конструкция такого облучателя представлена на рис. Диаграмма направленности облучателя, представленная на рис. Облучатель этого типа можно использовать в антенных системах с достаточно большим диапазоном углов раскрыва. При этом коэффициент использования поверхности раскрыва антенны остается достаточно высоким рис. Относительная простота и хорошие электрические параметры явились причинами широкого распространения облучателей такого рода. Типовая конструкция облучателя с рефлектором-экраном Рис. Зависимость КИП антенны от угла раскрыва. Достаточно распространены облучатели, работающие в С- и Ku-диапазонах одновременно. Принимаемое излучение разделяется в них на две части. Это удешевляет систему и упрощает процесс монтажа, но и у этой системы есть серьезные недостатки. Один из них - это потеря мощности сигналов Ku-диапозона, другой — меньшая надежность, особенно при низких температурах, из-за наличия движущихся частей электромеханического поляризатора. Как уже отмечалось выше, приемный комплекс должен обеспечивать прием электромагнитных волн различной поляризации. Для этой цели в конструкции антенной системы предусмотрено устройство выбора поляризации — поляризатор. Поляризатор антенны обеспечивает возможность преобразования поляризованных определенным образом электромагнитных волн в сигнал с требуемой для конвертора линейной поляризацией. Широкое распространение получила плавная подстройка поляризации. Потребность в плавном изменении поляризации возникает в системах, предназначенных для приема с нескольких спутников. Одна из причин состоит в том, что сигналы с некоторых спутников передаются не поляризованными в строго вертикальной или горизонтальной плоскости, а наклоненными к ним под определенным углом. Кроме того, сигнал принимается в той же плоскости, в которой был послан, только тогда, когда спутник и приемная антенна находятся на одной долготе. Если cпутник расположен на другой долготе, то, в силу того, что Земля имеет форму шара, плоскость поляризации принятого сигнала расположена под некоторым углом к исходной плоскости поляризации. Причем этот угол тем больше, чем сильнее различаются долготы спутника и приемной антенны. Поляризаторы систем непосредственного телевизионного вещания могут быть электромагнитными или механическими. Физический принцип действия электромагнитного поляризатора рис. Электрический ток, протекающий в катушке, намотанной на ферритовый стержень, создает продольное магнитное поле. При распространении электромагнитной волны вдоль намагниченного феррита направление ее поляризации отклоняется на некоторый угол. Величина этого угла зависит от длины ферритового стержня и величины магнитного поля, т. Практически это означает, что, изменяя величину тока в катушке, можно добиться совпадения направления поляризации волны на выходе поляризатора с направлением, которое необходимо на входе внешнего блока. Сложность заключается в том, что для сигналов различной частоты значения тока в катушке должны быть различными, т. Наиболее просто эта проблема решается в том случае, если внутренний блок снабжен микропроцессором. Данные о необходимом значении величины тока для каждой программы хранятся в памяти микропроцессора. При выборе желаемой программы спутникового ТВ микропроцессор обеспечивает необходимое значение тока в катушке поляризатора. На практике число витков катушки индуктивности делается достаточно большим, чтобы ток потребления не превышал 50 мА. В результате наблюдается смена поляризации. Достоинство поляризатора фазовращателя , основанного на использовании эффекта Фарадея, состоит в отсутствии подвижных элементов и в возможности осуществлять юстировку направления поляризации плавным изменением величины тока, протекающего через катушку. Потери, вносимые такими поляризаторами, составляют обычно 0,2 — 0,3 дБ. Недостатком поляризаторов является постоянное потребление энергии. Рассмотрим механические способы корректировки поляризации. Если необходимо с помощью однозеркальной антенны осуществить одновременный прием сигналов двух поляризаций например, в приемных системах коллективного пользования , то для линейно поляризованных сигналов в этом случае применяют специальные устройства — фазовращатели разделители поляризации — Ortomode Transducer. В подобных устройствах рис. Если основной выход выполнен в виде волновода круглого сечения, то при подключении к нему конвертора пользуются специальным трансформатором. При использовании таких фазовращателей требуется два конвертора, подключаемых к соответствующим выводам. В свою очередь, выходы обоих конверторов соединяются со входами коаксиального переключателя поляризации, управляемого дистанционно. Сигнал ПЧ1 выбранной поляризации передается по общему коаксиальному кабелю в приемник. В последних разработках СВЧ-конверторов делают сдвоенные СВЧ-тракты, а волны горизонтальной и вертикальной поляризаций принимают из кругло-входного волновода с помощью двух ортогональных емкостных штырей рис. Поэтому, пренебрегая взаимовлиянием емкостных штырей, их нередко располагают в одной плоскости. Часто применяются поляризаторы, в которых переключение плоскости поляризации осуществляется электромеханическим поворотом зонда, находящегося в круглом волноводе облучателя рис. Волна с вертикальной поляризацией, сформировавшаяся в круглом волноводе облучателя, снимается ёмкостным зондом, выполненным в виде петли и находящимся в строго определенном положении. Блок дистанционного управления, поворачивающий зонд при помощи двигателя малой мощности, часто встроен в приемник. Угол поворота зонда определяется длительностью управляющих импульсов и периодом их следования. Потери в подобных поляризаторах также составляют 0,2 — 0,3 дБ, а развязка между волнами различной поляризации — 25 — 30 дБ. В некоторых вещательных спутниках используются лево- и правосторонняя круговые поляризации. Для приема сигналов с таких спутников применяются волноводные устройства, преобразовывающие круговую поляризацию в линейную. Облучатель с диэлектрический пластиной для преобразования вращающейся поляризации в линейную Рис. Преобразование круговой поляризации в линейную с помощью диэлектрической пластины. Поэтому в конце фазирующей секции фазы волн уравняются и результирующий вектор Е будет расположен вдоль вертикальной оси рисунок 6. Поляризатор, преобразующий круговую поляризацию в линейную и наоборот , можно сделать, деформируя круглый волновод до эллиптического сечения и используя тот факт, что через эллипсоидальный волновод ортогональные Н волны идут с разной скоростью. Надо отметить, что если облучатель с фазирующей секцией предназначен для приема волн с круговой поляризацией, а с его помощью будет приниматься линейно поляризованный сигнал, то будет потеряна половина мощности сигнала т. Аналогичная потеря уровня сигнала будет наблюдаться при приеме антенной для линейной поляризации сигнала с круговой поляризацией. Одним из важнейших элементов антенны является устройство для ее крепления — опорно-поворотное устройство ОПУ. ОПУ предназначено для подвески антенной системы и наведения ее луча на спутник-ретранслятор. При этом антенна может быть установлена как неподвижно, и принимать программы только с одного спутника, на который сориентирована, так и на специальном поворотном устройстве для перенацеливания со спутника на спутник. Конструкция ОПУ должна позволять удерживать приемный луч антенны в направлении на ИСЗ с точностью не хуже одной десятой ширины диаграммы направленности. При малых значениях ширины диаграммы направленности выполнение этого требования является определяющим при конструировании системы наведения. Опорно-поворотные устройства классифицируются по схеме подвески зеркала. Рассмотрим важнейшие из них с учетом особенностей конструкции при наведении на геостационарный спутник связи. Огромную популярность в СНТВ приобрела полярная подвеска, которая обладает важным преимуществом: Работу полярной подвески поясняет рис. Допустим, приемная антенна расположена в точке А и ее азимутальная ось вращения параллельна полярной оси что и обусловливает название подвески. Вращение антенны осуществляется при помощи электропривода. В расчетах необходимо учитывать, что Земля — это тело, по форме близкое к эллипсоиду вращения с экваториальным радиусом км и полярным радиусом км. Для приблизительных расчетов Земля принимается за сферу с радиусом км. Первые попытки адаптации полярной подвески, оснащенной электроприводом, к перенацеливанию на все видимые геостационарные спутники не учитывали необходимости небольшого отклонения от истинной полярной оси, вследствие чего удавалось просматривать только часть геостационарной орбиты рис. Наведение антенны полярной подвеской на геостационарную орбиту: Требуемое отклонение азимутальной оси подвески от полярной оси в зависимости от широты места установки. Пояснение к расчету угла наклона антенны к плоскости геостационарной орбиты Рис. 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: Прежде чем начать рассмотрение электроприводов, необходимо отметить некоторые особенности терминологии. В линейном приводе рисунок 7. Снаружи шток закрыт герметичным кожухом. Привод работает в достаточно сложных условиях: 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. 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 кг. Более дорогие модели позволяют управлять подвеской весом до кг: Линейный привод фирмы COBER Рис. 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. 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. 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: 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 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. Использование резистивного датчика дает меньшую точность по сравнению с другими вследствие зависимости сопротивления потенциометра от воздействия погоды, степени износа и загрязнения контактных поверхностей. 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. 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. Работа схемы управления с использованием датчика Холла не отличается от схемы работы с герконом, различна лишь конструкция датчика. Принцип действия датчика Холла заключается в воздействии магнитного поля на электрические свойства полупроводника, по которому протекает электрический ток. Воздействие состоит в том, что при протекании тока в полупроводнике возникает поперечная разность потенциалов, если на этот полупроводник действует магнитное поле, вектор которого перпендикулярен направлению тока. Эффект Холла объясняется тем, что на подвижные носители заряда в магнитном поле действует сила Лоренца, вызывающая их отклонение рис. Электроны под действием силы Лоренца отклоняются к одной из граней полупроводниковой пластинки. На этой грани возникает отрицательный заряд, а на противоположной грани, откуда электроны уходят, — положительный. Между электродами на этих гранях создается разность потенциалов и электрическое поле, которое противодействует смещению электронов под воздействием силы Лоренца. Когда сила, действующая на электрон со стороны поля, становится равной силе Лоренца, дальнейшее смещение электронов прекращается и наступает равновесное состояние. Из равенства этих сил вытекает:. Из формулы видно, что между напряжением, возникающим при эффекте Холла, и магнитной индукцией, вызывающей это напряжение, существует линейная зависимость. В результате при вращении электродвигателя с магнитом, на выходе датчика Холла образуется последовательность импульсов, число которых соответствует числу оборотов. Опыт, накопленный при производстве подвесок антенн С-диапазона, оказал большое влияние на конструкцию приводов антенн Ku-диапазона. На его основе можно вывести три общих заключения:. Следовательно, конвертор должен обладать очень низким уровнем собственных шумов. Это стало возможным только с созданием малошумящих транзисторов СВЧ. Технология производства конверторов для СНТВ основана на опыте, накопленном при создании малошумящих усилителей LNA — Low Noise Amplifier. Малошумящий усилитель только усиливает сигнал, тогда как конвертор LNB — Low Noise Blockconvertor , помимо обеспечения необходимого усиления при минимально возможном уровне шумов, преобразовывает частоты сигнала до частоты, воспринимаемой спутниковым приемником: Первые СВЧ-усилители, использовавшиеся в радиоастрономии, были созданы на основе обычных параметрических усилителей. В них применялись туннельные диоды, которые охлаждались жидким азотом или гелием. Это позволяло значительно снизить уровень собственных шумов устройства за счет замедления движения молекул. Усилители имели большие габариты, вес, потребляли много энергии и работали в узкой полосе частот. Использование арсенида галлия GaAs позволило создать транзистор с очень низким уровнем шума. Эти транзисторы работают почти так, как будто они охлаждены до температуры абсолютного нуля, когда прекращается всякое молекулярное движение. GaAs-транзисторы в настоящее время являются основными при производстве СВЧ-аппаратуры СНТВ. В ранних спутниковых системах С-диапазона принятый сигнал сначала усиливался в LNAr а затем частота его понижалась в отдельном блоке, который носит название LNC LowNoise Converter— малошумящий преобразователь. Это требовало применения дорогого коаксиального кабеля и разъемов с малыми потерями сигнала, максимально близкой установки антенны и спутникового приемника. В целом система имела ряд серьезных ограничений, была трудно устанавливаема и дорога. Существенным конструктивным улучшением системы было выделение устройства понижения частоты в отдельный блок и его установка вблизи малошумящего преобразователя. Это позволило применить более дешевый коаксиальный кабель и увеличить его длину до м без введения дополнительных линейных усилителей. Следующим, вполне логичным шагом было объединение LNA и малошумящего преобразователя в одно устройство — LNB. Именно LNB подразумевается в настоящее время под словом конвертор. LNB первых выпусков весили почти 3кг и имели коэффициент шума в Ки-диапазоне 4 - 5 дБ. Современные конверторы С-диапазона имеют шумовую температуру до 15 К, а Ku-диапазона — коэффициент шума до 0,2 дБ. Их вес составляет — г. Использование различных параметров для характеристики уровня собственных шумов, обусловлено следующим обстоятельством. Уровень собственных шумов конверторов С-диапазона варьируется весьма незначительно, поэтому, если его выразить в Кельвинах, будет обеспечена большая наглядность. Понятие шума является одним из основных при рассмотрении спутников радиосвязи. Уровень шума определяет минимальную величину сигнала, который может быть принят приемным устройством, т. Шумы, действующие в цепях приемного устройства, по своему происхождению могут быть внешними и внутренними. К первым относятся космические шумы, шумы атмосферы и квантовые шумы сигнала, ко вторым — э. Источниками внутренних шумов приемного устройства являются резисторы, колебательные цепи, активные элементы. Физическую природу собственных шумов можно пояснить на примере тепловых шумов, возникающих в проводниках. Как известно, кристаллическая решетка любого проводника содержит свободные электроны, находящиеся Е непрерывном тепловом хаотическом движении, интенсивность которого зависит от температуры. Во время движения электроны взаимодействуют друг с другом, в результате чего изменяются направление и скорость их перемещения. Каждое перемещение электрона между двумя взаимодействиями можно рассматривать как элементарный импульс тока. В сумме все элементарные импульсы средняя длительность которых примерно с создают шумовое напряжение в проводнике. Условия эксплуатации конверторов являются весьма жесткими: Конвертор является необслуживаемым устройством, поэтому должна обеспечиваться их полная взаимозаменяемость без каких-либо дополнительных регулировок. Соединения и корпус должны быть пыле- и влагозащищенными. Усиление современного конвертора составляет 50 — 70 дБ. Для обеспечения эффективной работы приемного комплекса величина этого параметра очень важна. Недостаточное усиление равнозначно применению антенны меньшего диаметра, чрезмерное усиление приведет к перегрузке входных цепей приемного устройства. В целом же усиление конвертора должно быть согласовано с длиной кабеля затуханием в нем сигнала и чувствительностью приемного устройства. По оценкам специалистов, рекомендуемое усиление должно составлять минимум 50 дБ, максимум 60 дБ. С точки зрения конструктивно-технологических методов исполнения конверторы можно разделить на три группы:. Схемы отдельных узлов конверторов первой группы выполняются на подложках из органических диэлектриков с использованием технологии поверхностного монтажа. Основное достоинство конверторов данного типа — дешевизна производства. Ввиду того, что недорогие органические диэлектрики типа дюроида, армированного фторопласта, арилокса с наполнителем имеют большие температурные коэффициенты расширения, при большом количестве термоциклов иногда возникают микротрещины и, как следствие, отказы. Вторая группа конверторов изготовляется по технологии гибридных интегральных микросхем ГИС СВЧ. В качестве подложек в них используются неорганические диэлектрики из окиси алюминия или глиноземной керамики типа поликор. Эти подложки либо непосредственно, либо через термо-компенсирующие прокладки припаиваются к корпусу. Проводники, резисторы, индуктивности и, частично, конденсаторы выполняются в этом случае путем напыления методами тонко- или толстопленочной технологии. Активные элементы диоды и транзисторы изготовляются в виде отдельных кристаллов арсенида галлия и привариваются в соответствующие точки схемы с помощью коротких выводов. Достоинствами таких конверторов являются малые габариты, высокая надежность и возможность настройки. В основе конверторов третьей группы лежит технология монолитных интегральных схем СВЧ. Преимущественно используются арсенидгаллиевые и реже кремниевые подложки. Однако существуют технологические трудности, связанные с воспро-изводством многослойных структур из арсенида галлия, реализацией сложных элементов СВЧ-схем сквозных контактов и воздушных перемычек , повышением добротности и расширением диапазона номиналов конденсаторов, катушек индуктивности и отрезков линии передачи. Последняя проблема имеет особое значение, так как для уменьшения размеров и стоимости микросхемы пассивные элементы приходится делать сосредоточенными, а это приводит к уменьшению их добротности. Технологические трудности при производстве таких конверторов в основном и определяют их высокую стоимость. Разработка конверторов, несмотря на простоту выполняемых ими функций, достаточно сложна, так как должна решаться проблема массового производства недорогой техники сантиметровых волн. По мере развития конструкции конверторов происходила отработка методов преобразования частоты. Устройство понижения частоты в первых спутниковых системах С-диапазона работало по принципу однократного преобразования рис. Выбор необходимого канала здесь осуществляется подачей управляющего напряжения на гетеродин, что вызывает его перестройку. Основной недостаток такой системы заключается в явлении интерференции на близлежащих каналах. Поэтому приходилось использовать дорогие и сложные схемы фильтрации. Использование схемы с двойным преобразованием сигнала рис. Однако в результате этого увеличилась сложность и стоимость конструкции за счет использования второго гетеродина и смесителя, а также возникла необходимость в применении второго полосового фильтра и усилителя промежуточной частоты. Конструкция LNB основана на использовании гетеродина, настроенного на фиксированную частоту и стабилизированного объемным диэлектрическим резонатором рис. Весь диапазон частот, принимаемый конвертором, понижается в смесителе и подается в спутниковый приемник, где происходит дальнейшее преобразование и выбор канала. По сравнению с конверторами однократного и двойного преобразования, LNB имеет существенное преимущество: Также следует отметить большую устойчивость настройки, так как выбор канала производится в закрытом помещении, где электронные компоненты защищены от перепадов температуры и влажности устойчивость системы в основном определяется характеристиками гетеродина конвертора. В настоящее время существуют разнообразные схемотехнические решения, используемые при построении бытовых конверторов. Структурная схема типового конвертора представлена на рис. Классическая структурная схема конвертора: ВПП — волноводно-полосковый переход; МШУ — малошумящий усилитель; ПФ — полосовой фильтр; См — смеситель; Гет — гетеродин СВЧ генератор, входящий в состав преобразователя частоты ; ПУПЧ — предварительный усилитель промежуточной частоты; УП — устройство питания. Волноводно-полосковый переход предназначен для согласования входной микрополосковой линии первого каскада МШУ с выходом поляризатора облучателя антенны. Это наиболее распространенный элемент соединения волновода с микрополосковой линией, позволяющий добиться хороших электрических параметров при малом уровне отражений и потерь в заданной полосе частот. Волноводно-полосковые переходы, строго говоря, являются переходами сначала на коаксиальный кабель, а затем уже на полосковую линию. Вносимые потери зависят от качества исполнения и составляют около 0,25 дБ. Важным условие является полная герметизация в месте погружения зонда. Примеры исполнения волноводно-полосковых переходов представлены на рисунке 8. Необходимое согласование в них производится путем подбора глубины погружения зонда рис. Необходимо также удовлетворить ряд противоречивых требований: Как известно, качество принятого сигнала в значительной степени определяется суммарной шумовой температурой приемной установки. При оценке шумовых характеристик конвертора используется как шумовая температура Т ш , так и коэффициент шума к ш , который связан с шумовой температурой соотношением:. Коэффициент шума многокаскадной схемы в основном определяется коэффициентом шума первых каскадов. Справедливость этого утверждения увеличивается с возрастанием коэффициентов передачи их номинальной мощности. Поэтому для получения малого коэффи-циента шума всего приемного тракта необходимо, чтобы его первые каскады имели малый уровень собственных шумов и обеспечивали большое усиление сигнала по мощности. Из всего вышесказанного можно сделать вывод о чрезвычайной важности таких параметров конвертора в частности, первых каскадов МШУ , как коэффициент усиления и коэффициент шума. Практически входные и выходные согласующие цепи первого транзистора рассчитываются на минимальный коэффициент шума, второй каскад настраивается из компромиссных соображений: Влияние коэффициента шума третьего каскада практически неощутимо. Итак, классический МШУ состоит из трех усилительных каскадов: Все каскады МШУ строятся, как правило, на несимметричных полосковых линиях передачи, которые выполняются методом напыления проводящих материалов на керамическую подложку. В СВЧ-диапазоне паразитные реактивные элементы корпуса транзистора оказывают заметное влияние на характеристики МШУ. Чтобы исключить этот эффект, применяют транзисторы в бескорпусном исполнении. Каждый усилительный каскад рис. Входная цепь предназначена для согласования входного сопротивления активного элемента транзистора при обеспечении минимального коэффициента шума. Выходная цепь служит для согласования выходного сопротивления усилительного каскада с сопротивлением последующего каскада. Цепь смещения обеспечивает режим работы транзистора по постоянному току. Наибольшее распространение в МШУ получила схема с общим истоком, так как она обладает большей устойчивостью по сравнению с другими способами включения полевых транзисторов. Активный элемент представляет собой НЕМТ-транзистор или ПТШ и обеспечивает усиление сигнала. Полосовой фильтр обеспечивает прохождение только определенной полосы частот с потерями не более 3 дБ, а также ослабление зеркального канала и сигнала гетеродина на 30 — 40 дБ рис. Частотная характеристика полосового фильтра. В сантиметровом диапазоне волн ПФ выполняют на полосковых и микрополосковых линиях, так как спиральные индуктивности и сосредоточенные конденсаторы не обеспечивают необходимой добротности. Наиболее часто используются ПФ на микрополосковых параллельно связанных резонаторах. Центральная частота фильтра зависит от длины полосковых элементов ширина полосы пропускания — от ширины линий и расстояния между ними. Чем больше число звеньев фильтра, тем круче его амплитудно-частотная характеристика, но также выше и вносимое затухание. Амплитудно-частотная характеристика полосового фильтра, выполненного на связанных полуволновых резонаторах, представлена на рис. В большинстве современных конструкций гетеродин — это неперестраиваемый в отличие от гетеродинов, используемых в радиовещательных приемниках маломощный высокостабильный генератор электрических колебаний. Основной характеристикой гетеродина является нестабильность номинальной частоты f н. Под нестабильностью частоты понимаются случайные и систематические изменения частоты во времени. Вследствие воздействия дестабилизирующих факторов температуры, давления, вибрации, отклонения питающего напряжения частота гетеродина отклоняется от номинального значения. При этом различают абсолютное и относительное отклонение частоты. Под абсолютным отклонением понимают разность между фактической частотой генератора и ее номинальным значением, под относительным отклонением — отношение абсолютного отклонения к номинальному значению частоты генератора. Из множества дестабилизирующих факторов наибольшее влияние на отклонение частоты гетеродина оказывает изменение температуры окружающей среды. В первых конструкциях гетеродинов применялись диоды Ганна, которые имели ряд недостатков: Определенное распространение получили также генераторы, работающие на частоте 3 — 4 ГГц, выполненные на биполярном или полевом транзисторе с последующим умножением частоты на диоде с накоплением заряда. Эти конструкции применялись на этапе, когда добротность диэлектрических резонаторов в диапазоне частот 11 — 12 ГГц была недостаточной для обеспечения требуемой стабильности частоты, а резонаторы на более низкую частоту имели высокую добротность. Сегодня огромную популярность приобрели генераторы, где в качестве активного элемента используется ПТШ. В настоящее время это практически единственный вид автогенераторов, используемых в бытовых конвертоpax. Они имеют целый ряд преимуществ: Необходимое значение выходной мощности определяется конструкцией выбранного смесителя и составляет в современных конверторах 8—15 мВт. Стабилизация частоты в большинстве конверторов осуществляется при помощи диэлектрического резонатора из термостабильной керамики. Он представляет собой пассивное устройство диэлектрический цилиндр, квадрат и т. Высокая добротность диэлектрических резонаторов позволяет успешно использовать их в качестве высокодобротных колебательных систем СВЧ. В результате удается добиться стабильности частоты до кГц и обойтись без схемы автоматической подстройки частоты. В конверторах применяют открытые диэлектрические резонаторы, в которых отражающей поверхностью является граница раздела диэлектрик — воздух. Вблизи резонатора существует небольшое внешнее электромагнитное поле, которое позволяет достаточно просто обеспечивать связь резонатора с полосковыми линиями передачи генератора и осуществлять подстройку частоты в сторону ее повышения путем приближения к одной из торцевых частей резонатора металлической плоскости, например, винта. Большое распространение получили в настоящее время тороидальные диэлектрические резонаторы на основе титаната кальция и алюмината лантана. Они позволяют получить более чистый спектр сигнала гетеродина, что необходимо для создания конверторов с низким фазовым шумом и высокой стабильностью частоты гетеродина — до 20 — 30кГц. Необходимость в таких высоких характеристиках возникает при приеме цифровых телепрограмм в стандарте MPEG-2 и особенно при приёме программ HD TV в стандарте MPEG Любое электрическое колебание, полученное с помощью известных современной науке методов, содержит составляющие фазовой или частотной модуляции случайного характера, а спектр шумов видоизменяется при прохождении колебания через электронные схемы. Одной из основных характеристик, определяющей пригодность конвертора для приема цифровых программ, являются фазовые шумы, величина которых в основном определяется величиной фазового шума гетеродина. Фазовый шум флюктуация — это случайное изменение фазы колебания на выходе гетеродина, вызванное частотной нестабильностью генератора, паразитной модуляцией в цепи обратной связи, изменением температуры, напряжения питания и другими дестабилизирующими факторами. Спектр фазовых шумов гетеродина представлен на рис. Чистота спектра определяется уровнем всех как гармонических, так и шумовых побочных составляющих. Для оценки ухудшения чистоты спектра, т. Величина фазового шума показывает, как быстро понижается мощность сигнала относительно центральной частоты. Например, если мощность сигнала при отклонении от центральной частоты на 1кГц снизится на 60дБ, то величина фазового шума составит — 60дБ. В техническом бюллетене Societe European des Satellites г. Смеситель в конверторах традиционно выполняется на полупроводниковых диодах или арсенидгаллиевых полевых транзисторах и решает задачу преобразования частоты сигнала 11 — 12 ГГц в диапазон частот 0,75 — 2,15 ГГц. Наиболее важным параметром смесителя являются потери преобразования. Величина этих потерь определяется схемным построением. Использование диодных преобразователей приводит к потерям 5—10 дБ. В случае, если нелинейным элементом преобразователя служит ПТШ, можно осуществить преобразование без потерь и даже с некоторым усилением 3—10 дБ. Стремление упростить конструкцию и улучшить технические характеристики привело к появлению таких схемных решений, которые позволяют использовать транзистор, работающий как смеситель и гетеродин одновременно. Диодный смеситель обычно строится по балансной схеме на двух парноподобранных диодах с барьером Шотки ДБШ , так как при этом обеспечивается меньший коэффициент шума по сравнению с однотактной небалансной схемой. Наиболее часто применяют балансные диодные смесители на трехдецибельных СВЧ-мостах. Трехдецибельный мост делит напряжение поступающего сигнала и сигнала гетеродина пополам и подает на диодные цепи. Кроме того, мост автоматически обеспечивает развязку между цепями сигнала и гетеродина и низкое значение коэффициента стоячей волны на входе в рабочей полосе частот. Чем широкополоснее мост, тем проще в настройке смеситель и стабильнее работает выходной каскад МШУ, так как он оказывается согласованным в более широкой полосе частот. Стоящие на выходах моста короткозамкнутые шлейфы КЗШ пропускают на диоды напряжения сигнала и гетеродина и шунтируют на землю напряжение промежуточной частоты, препятствуя его прохождению на вход смесителя. Шлейфы с холостым ходом ХХШ на концах, напротив, шунтируют напряжения сигнала и гетеродина, а для промежуточной частоты ПЧ составляют небольшую емкостную компоненту, которая вместе с индуктивностью L и выходной емкостью С создает полосовой фильтр для промежуточной частоты. Длины полосковых шлейфов должны составлять четверть длины волны для частоты гетеродина, так как сигнал гетеродина более мощный и его просачивание в усилитель промежуточной частоты труднее заблокировать. Удачным вариантом балансного смесителя без использования трехдецибельного моста является конструкция, приведенная на рис. По сигнальной цепи оба диода размещены на расстоянии полуволны, поэтому их нагрузочные сопротивления включены параллельно. По гетеродинной цепи диоды включены параллельно, что тоже надо учитывать при согласовании этого смесителя с гетеродином. Обладая многими достоинствами низким коэффициентом шума, высокой линейностью, простотой конструкции , представленная схема смесителя имеет один существенный недостаток — ослабляет преобразуемый сигнал. Этого недостатка лишены транзисторные смесители, выполненные на ПТШ и обеспечивающие при приемлемом значении коэффициента шума 4,5 — 6,0 дБ усиление сигнала на 5 — 10 дБ. Вначале использовались конструкции смесителей с однозатворными ПТШ, сигнал гетеродина на которые подавался одним из способов, показанных на рис. Недостатком схемы на рис. Кроме того, требуется тщательное согласование цепи затворов на частотах сигнала и гетеродина. Наилучшие результаты получаются при использовании смесителей с двухзатворными ПТШ. Напряжения сигнала и гетеродина прикладываются к разным затворам, и нужна только одна фильтрующе-согласующая схема в цепи стока рис. Главное преимущество схемы с двухзатворным ПТШ — ее простота. Не требуется ответвителей, гибридных соединений, нужны лишь простейшие согласующие схемы. Это особенно важно для монолитных интегральных схем, где согласующие цепи должны быть компактными. Необходимо отметить одну особенность рассматриваемых конструкций: В этом режиме полная проводимость нагрузки смесителя на зеркальной частоте имеет чисто реактивный характер, и зеркальная составляющая, полностью отражаясь, преобразуется в составляющую, синфазную с основным компонентом, что дает снижение потерь преобразования и шумовой температуры смесителя. Балансный диодный смеситель Рис. Смесительные каскады на полевых транзисторах с барьером Шотки. Усиление конвертора обеспечивается, главным образом, ПУПЧ. Поскольку к нему не предъявляется жестких требований по коэффициенту шума, он может быть выполнен на биполярных слабосигнальных транзисторах МОП-транзисторах, ПТШ и гибридных модулях усиления, а также их комбинациях. Так как усиление с увеличением частоты падает, ПУПЧ должен иметь соответствующие согласующие цепи для компенсации избыточного усиления на низких частотах. Устройство питания предназначено для обеспечения высокостабильного разнополярного относительно корпуса напряжения питания, необходимого для нормального функционирования всех узлов конвертора. Функциональная схема устройства питания конвертора. По мере освоения диапазона 11,70 — 12,75 ГГц возникла необходимость появления полнодиапазонных конверторов 10,70— 12,75 ГГц , работающих в трех поддиапазонах: FSS Fixec Satellite Servies - 10,7 - 11,7 ГГц; DBS DirectBroadcastServies — 11,70 - 12,45ГГц и BSS Broadcast Satellite Servies — 12,45— 12,75 ГГц, причем последний часто называют Telecom от названия французских спутников, вещающих в этом диапазоне рис. Полосы частот С- и Ku-диапазонов. Данная задача была успешно решена с появлением широкополосных НЕМТ транзисторов с низким коэффициентом шума. Структурная схема полнодиапазонного конвертора представлена на рис. Он имеет один МШУ, а разделение диапазонов происходит в полосовом фильтре ПФ, при этом обработка сигналов в диапазонах DBS и Telecom совмещается. Каждая из зон 10,7—11,7 и 11,70—12,75 ГГц имеет свой смеситель и гетеродин общий ПУПЧ. Функциональная схема полнодиапазонного конвертора с одним МШ. Еще одним вариантом полнодиапазонного конвертора является конвертор с переключением поляризации, который также называется интегральным рис. Для конверторов такого типа не надо применять магнитные или механические поляризаторы. Переключение поляризации происходит при изменении напряжения питания конвертора с 13 на 18 В. Функциональная схема полнодиапазонного конвертора с переключением поляризации. Более низкое напряжение 13 В включает вертикальную поляризацию V, а более высокое — горизонтальную Н. В случае отсутствия сигнала работает первый диапазон 10,7 — 11,7 ГГц, а при его включении — второй диапазон 11,70 — 12,75ГГц. В первых моделях полнодиапазонных конверторов диапазоны переключались напряжением 13 18 В. Использование интегральных конверторов позволяет исключить потери преобразования в поляризаторах 0,2 — 0,3 дБ и добиться лучших шумовых характеристик за счет использования двух независимых МШУ. Полнодиапазонный конвертор Ku-диапазона Рис. Полнодиапазонный конвертор С-диапазона Рис. Конвертор Ku-диапазона, совмещенный с облучателем. Основное отличие универсальных конверторов от полнодиапазонных состоит в универсальности сигналов, управляющих переключением диапазонов и поляризации, а также тем, что эти сигналы передаются по одному кабелю с промежуточной частотой. Верхняя и нижняя частоты гетеродинов в большинстве универсальных конверторов имеют значения 10,60 ГГц и 9,75 ГГц соответственно. Такая унификация значительно упрощает процесс настройки спутникового приемника на данный конвертор. При построении распределительной сети на несколько пользователей удобно использовать конверторы с двумя или четырьмя выходами. По характеру выходных сигналов такие конверторы делятся на два типа. Конверторы первого типа имеют два или четыре равноценных выхода с независимым переключением диапазонов и поляризации. Такие конверторы наиболее удобны для распределения сигнала для 2 — 4 пользователей. При большем числе потребителей лучше использовать конверторы второго типа. Если у такого конвертора 2 выхода, то на них выводятся соответственно сигналы вертикальной и горизонтальной поляризации, а если 4 — то сигнал делится еще и по диапазонам. Двухвыходные конверторы такого типа удобно использовать, если планируется осуществлять прием верхнего или нижнего поддиапазона. В таком случае на один СВЧ-вход спутникового приемника подается горизонтальная поляризация, а на другой — вертикальная. Сигналы с четырехвыходных конверторов второго типа используются в кабельных сетях или при организации небольших систем коллективного приема. В последнем случае сигналы с выходов конвертора подаются на входы коммутаторов для дальнейшей разводки потребителям. В заключение необходимо отметить различные варианты конструктивного исполнения корпуса конвертора. В идеале он должен быть герметичным. В противном случае, за счет суточного колебания температуры внутри конвертора образуется конденсат, который приводит к ухудшению его параметров и, в конечном итоге, к выходу из строя. Высокий уровень герметичности достигается в конверторах, помещенных в запаянный, неразборный корпус. Недостатком такой конструкции является невозможность ремонта конвертора. Некоторые конверторы изготавливаются в двойном кожухе; внутренний металлический закрыт внешним пластмассовым кожухом. Поэтому большая часть конденсата выпадает между двумя оболочками и вытекает в предусмотренное для этого сливное отверстие. Начало активного цифрового спутникового телевизионного вещания Digital Broadcast Satellite — DBS относится к середине г. К этому времени был сформирован ряд цифровых пакетов и началось производство цифровых приемников. Цифровые спутниковые приемники существенно отличаются от аналоговых моделей. Рассмотрим базовую структурную схему, представленную на рис. После того, как выделенный сигнал проходит цепи демодуляции, он преобразуется в информационный поток в виде цифровых пакетов и поступает в устройство исправления ошибок. В демультиплексоре производится разделение информационного потока на два канала: Декодер поддерживает самые различные форматы и имеет большое количество выходов: Управление работой демультиплексора осуществляет микропроцессор, обрабатывая команды пользователя, переданные через блок управления пульт дистанционного управления или модуль приемника. В том случае, если уровень ошибок превышает предельно допустимый, изображения на экране телевизора просто не будет, так как не смогут работать алгоритмы восстановления. Конечной целью совместных усилий является создание модульной архитектуры приемника, которая состояла бы из универсальных чипов, применяемых не только в спутниковом телевидении, но и в системах MMDS-вещания, цифровых кабельных сетях и других видах телекоммуникаций. Ключ к успеху модульного подхода лежит в оптимальном разделении субблоков и организации связи между ними при помощи универсального гибкого интерфейса и программного обеспечения. Обобщенная структурная схема цифрового приемника. Цифровые приемники первого поколения имели большое количество чипов, каждый из которых был ответственен за независимые задачи: В этих моделях использовались дорогостоящие динамические оперативные запоминающие устройства DRAM с произвольным порядком выборки. Все используемые чипы имели достаточно большие размеры и стоимость. Слабым местом этих конструкций был центральный процессор с 8- или разрядной шиной данных. Структурная схема цифрового приемника первого поколения. Структурная схема цифрового приемника второго поколения. Приемники второго поколения, были разработаны с использованием уже всего трех чипов, которые осуществляют все функции обработки сигнала рис. Дополнительный четвертый чип обеспечивает прием цифровых программ кабельного ТВ. Спутниковый или кабельный модуль осуществляет демодуляцию сигнала и коррекцию ошибок. Центральный процессор встроен в следующий чип, который обеспечивает управление информационными потоками, дешифровку и контроль периферийных устройств и памяти. Последний чип содержит MPEG-2 видео- и аудиодекодер. Структурная схема цифрового приемника третьего поколения. Структурная схема цифрового HDTV приемника. Рассмотрим основные технические характеристики цифровых спутниковых приемников. Кроме традиционного диапазона частот, существуют еще несколько параметров, присущих только цифровым системам. В первую очередь это относится к возможности осуществлять одно- или многопрограммный прием на одной частоте. Single Channel Per Carrier SCPC — способ передачи, при котором каждая программа модулирует отдельную несущую. Этот способ по сравнению с МСРС более энергоемок. Он используется в тех случаях, когда трансляционные точки разных программ географически разнесены. Частотное мультиплексирование таких программ происходит уже в антенно-фидерной линии спутникового бортового ретранслятора. Multi Channel Per Carrier MCPC — передача нескольких разных программ на одной несущей. При этой системе передачи сначала производится временное мультиплексирование элементарных потоков, составляющих разные передачи, а затем полученный групповой транспортный поток модулирует одну несущую. Этот способ передачи позволяет более эффективно, чем при использовании SCPC-передачи, использовать полосу пропускания транспондера, так как упраздняются защитные интервалы между несущими. Еще одним важным параметром является скорость передачи данных Symbc Rate — SR. Важным параметром любого цифрового канала являются PID-коды, которые определяют местонахождение отдельных элементарных потоков в структуре транспортного потока. Информация об этих кодах хранится в таблице, называемой Programm Map Table. Она определяет местонахождение отдельных потоков, составляющих все трансляции, передаваемые в мультиплексированном транспортном потоке. Она содержит также необходимые аудио- и видеопараметры и другую вспомогательную информацию, которая может использоваться для формирования электронного гида, установки часов и т. Эта таблица передается в начале транспортного потока вместе с другой служебной информацией. Program Identification PID — код, определяющий местонахождение определенного элементарного потока в общем транспортном потоке. Некоторые приемники, предназначенные для приёма определенного пакета, не умеют считывать РID-коды из таблицы и пользуются готовыми кодами и, следовательно, не могут принимать ничего, кроме своего пакета. Наиболее существенный минус такого подхода — неспособность принимать каналы Free To Air, достоинство — некоторая защищенность от приема других платных трансляций. Кроме того, такие приемники требуют доработок программного обеспечения при любом изменении длины элементарных потоков, входящих в состав пакета. Другими специфическими характеристиками цифрового приемника являются тактовая частота процессора, а также объем оперативной и перепрограммируемой памяти. В настоящее время в Европе используется, по крайней мере, девять различных систем цифрового скремблирования. Очевидно, что универсальный цифровой приемник должен уметь работать с любой системой скремблирования. Эта проблема решается несколькими путями. Один из них — создание универсального модуля условного доступа, в котором система скремблирования задается программным путем. Такие модули встраиваются в некоторые современные профессиональные и полупрофессиональные приемники. Система скремблирования задается в них через меню. К базовому декодеру может подсоединяться один или несколько модулей условного доступа рис. Демодулированный поток данных последовательно проходит все модули условного доступа. Каждый модуль расшифровывает те элементарные потоки в программах пакета, в которых используется соответствующая система скремблирования. Для управления электроприводом разработан специальный протокол. В соответствии с ним после адресной информации, определяющей необходимое устройство, передается число импульсов, кратное необходимому количеству оборотов электродвигателя. В настоящее время наибольшее распространение получили системы, использующие протокол mini-DiSEqC уже сейчас существуют версии 1. С его помощью станет возможным полное управление всем спектром оборудования. Организация условного доступа с общим интерфейсом число импульсов. В настоящее время для организации управления электроприводом и выбором LNB используется специальный протокол управления DiSEqC Digital Satellite Equipment Control или цифровое управление спутниковым оборудованием. Это специальный протокол связи для обмена данными между спутниковым ресивером и другими устройствами — такими, как: Для передачи сигнала используется коаксиальный кабель. Режим обмена данными через кабель — одно или двухсторонний, с возможностью подачи питания. Система DiSEqC была задумана как универсальная технология для управления любым периферийным оборудованием, как существующим, так и тем, которое может появиться в будущем. Управление по стандарту DiSEqC обладает следующими достоинствами: Во-первых, для управления по DiSEqC не требуется никаких дополнительных кабелей и проводов, в качестве линии для передачи сигналов управления используется тот же коаксиальный кабель, по которому к ресиверу доставляется радиочастотный сигнал от спутниковой антенны нескольких антенн. Во-вторых, сигналом управления служит все тот же тон 22 кГц, 0. С одной стороны, для формирования управляющего сигнала DiSEqC можно использовать аппаратные средства, уже разработанные ранее для формирования тона 22кГц. С другой стороны, тон 22кГц включается и выключается микропроцессором ресивера, поэтому модуляцию можно осуществлять "чисто программными" средствами. Изменяя только "прошивку" ресивера, можно адаптировать его для работы с теми или иными периферийными устройствами. Наконец, управление DiSEqC более выгодно с точки зрения минимизации мощности, потребляемой периферийными устройствами от ресивера. Например, для переключения поляризации "традиционным" способом необходимо изменить напряжение питания конвертора с 13 В на 18 В. Ток, потребляемый конвертором, при этом останется неизменным, значит, потребляемая мощность увеличится в полтора раза только за счет управления. Если используется управление DiSEqC, напряжение и ток могут оставаться постоянными независимо от передаваемой команды. Кроме того, стандарт DiSEqC предусматривает еще ряд технических решений, также направленных на уменьшение нагрузки в цепи питания конвертора. Например, в системе с несколькими конверторами и переключателем переключателями DiSEqC всегда существует единственная цепь постоянного тока, соединяющая вход ресивера только с одним конвертором, питание остальных конверторов отключается. Существует несколько вариантов DiSEqC: На данный момент существуют следующие группы протоколов:. Некоторые вариации DiSEqC часто используются производителями и магазинами для обозначения других протоколов 1. Переключатель, работающий по этому протоколу, позволяет подключить до 4-х конверторов к одному ресиверу, что показано на рис. Одна антенна с 4-мя конвертерами мультифид на четыре спутника Рис. Четыре переключателя DiSEqC 1. С помощью протоколов DiSEqC 1. USALS сокращение от Universal Satellites Automatic Location System часто присутствует на передней панели новых моделей приемников. Это означает, что приемник оснащен универсальной системой автоматического определения положения спутника, применимой для антенн до см с полярным центральным DiSEqC-позиционером полярную подвеску, DiSEqC-позиционер и мотор в одном корпусе. Программа, разработанная компанией STAB, дополняет протокол DiSEqC 1. Это упрощает самый сложный из этапов — ориентацию полярной оси в азимутальной плоскости. В ресивере указываются координаты места установки и выбирается спутник, ближайший к центру полярной дуги. На подвеске по шкале устанавливается угол места, равный широте места установки. Мотор повернется в нужную позицию. Спутниковое телевидение, так же как эфирное и кабельное, начинает приобретать все большее значение для жителей России. Спутниковые приемные антенны встречаются уже как на стенах городских многоэтажек, так и на крышах дач и деревенских домов. Это напоминает период х годов, когда каждый владелец телевизора имел собственную антенну. При этом иметь деньги для покупки комплекта аппаратуры — это еще не все. Необходимо учесть несколько дополнительных факторов: Соблюсти все эти рекомендации не всегда возможно по многим причинам финансовым, эстетическим, техническим , поэтому более рациональным зачастую является создание системы коллективного приема SMATV. SMATV — это система спутникового телевидения коллективного пользования, обеспечивающая независимый прием различных каналов с нескольких антенн их число определяется частотным диапазоном и условиями данной местности. При пользовании SMATV ваши расходы по приему программ спутникового телевидения сократятся почти вдвое.
Песочница с крышей своими руками чертежи
Как сделать мельницу для зерна видео
Когда обычно у девушек месячные