Telewizja satelitarna

TELEWIZJA SATELITARNA - ZASADA DZIAŁANIA

Wszystkie satelity telewizyjne bezpośredniego odbioru są umieszczone na stacjonarnej orbicie równikowej, na pozycjach przydzielonych im przez organizację międzynarodową, zrzeszającą nadających programy. Na naszym kontynencie jest nią EUROSAT. Pozycje satelitów stacjonarnych określa się w stopniach długości geograficznej wschodniej (E) i zachodniej (W). Telesatelity są wyposażone, w celu precyzyjnej korekty położenia, w małe silniki rakietowe, zdalnie sterowane z Ziemi. Aparatura nadawczo-odbiorcza satelity telewizyjnego obejmuje kilka (najczęściej dziesięć) przekaźników przesyłanych z Ziemi sygnałów, odrębnych dla każdego z kanałów. Urządzenia retransmitujące programy nazywa się transponderami. Są one zasilane z baterii słonecznych, umieszczonych na charakterystycznych, zwróconych w stronę Słońca, skrzydłach. Podczas przejścia satelity przez cień Ziemi, co trwa około jednej godziny, aparatura jest zasilana z akumulatorów. Gwarantuje to w zasadzie pracę całodobową, choć w okresach cyklicznie powtarzających się zaćmień zdarza się zaobserwować niewielkie nieraz zmiany parametrów emitowanego sygnału. Są one spowodowane drastycznymi spadkami temperatury wewnątrz satelity.

Satelity, nadające programy do powszechnego odbioru, są tak skonstruowane, że mogą w tym samym czasie wysyłać odrębne dla różnych krajów wiązki fal. Anteny kierunkowe transponderów są w takim przypadku wycelowane na terytoria krajów lub stref językowych (angielska, francuska, niemiecka, włoska, hiszpańska itd.), korzystających z adresowanych do nich emisji. Zasięgi są jednak znacznie większe niż napromieniowana teoretycznie powierzchnia globu w praktyce zatem widzowie, zamieszkujący tak małą część świata jak Europa, mogą odbierać dowolnie wybrane kanały. Telewizyjne programy satelitarne dla Europy są nadawane na falach centymetrowych, w zakresie częstotliwości od 10,95 GHz (gigaherców) do 11,70 GHz zwanym Ku-Band. Sygnałów tych nie można odbierać bezpośrednio za pomocą zwykłych odbiorników telewizyjnych, ani też używając anten stosowanych przy odbiorze fal metrowych i decymetrowych, na których pracują naziemne stacje rozsiewacze. Niezbędne jest tutaj zastosowanie specjalnej instalacji, składającej się z trzech elementów:
a) anteny parabolicznej, charakteryzującej się zdolnością odbierania skupionej wiązki fal o rozbieżności jednego stopnia kątowego;
b) konwertera wysokiej częstotliwości, umieszczonego tuż przy antenie zewnętrznej, odpornego na temperatury od -40?C do +55?C, przemieniającego odbierane z orbity sygnały przez zmniejszenie ich częstotliwości;
c) odbiornika telewizji satelitarnej, pracującego w zakresie 950-1750 MHz (megaherców), w którym mieści się 79 kanałów (numerowanych od 01 do 79), przekazującego odebrane programy na wejście zwykłego kolorowego telewizora systemu PAL/SECAM.
Odbiorniki telewizji satelitarnej mają dwa wyjścia sygnału. Dzięki temu można przyłączyć je do specjalnych gniazd audio-video (A/V), albo też jeśli telewizor ich nie ma do wejścia antenowego telewizora. W tym drugim przypadku sygnały są do odbiornika przekazywane na pomocniczej częstotliwości radiowej RF (ang. Radio frequency), do której można już dostroić każdy odbiornik z zakresem UHF (kanały 21-60). Satelity telekomunikacyjne zajmują stałe miejsca na orbicie równikowej. Parabola anteny nadawczej musi być zatem precyzyjnie skierowana na punkt nieboskłonu, odpowiadający pozycji danego satelity. Jeśli odbiorcę interesują programy nadawane przez kilka satelitów, to musi tak skonstruować antenę, aby było możliwe jej przestawianie ręczne (co jest dość kłopotliwe) lub automatyczne, za pomocą zdalnie sterowanego urządzenia z silnikiem serwo. Sterownik zdalny anteny nosi angielską nazwę antenna positioner and actuator. Antena odbiorcza telewizji satelitarnej składa się z dwóch elementów biernego i czynnego. Elementem biernym jest paraboliczna metalizowana czasza, będąca wklęsłym lustrem. Fale radiowe, emitowane przez transponder satelity, odbijają się od tego lustra i skupiają w ognisku reflektora. Czasza anteny powinna być odporna na wpływy atmosferyczne i sztywna, przy czym sposób jej zamocowania na podstawie powinien wykluczać uszkodzenie spowodowane np. silnymi porywami wiatry. Oczywiście, najlepiej spisują się anteny umieszczone na wolnej przestrzeni, np. na dachu, balkonie lub w ogrodzie. W wielu jednak przypadkach możliwy jest także odbiór silniejszych sygnałów przez anteny znajdujące się pod dachem. Średnica czaszy odbiorczej decyduje o czułości anteny. Im większa antena, tym silniejszy odbiór. Do odbioru indywidualnego na terenie Polski stosuje się najczęściej anteny o średnicach od 90 do 180 centymetrów. W zachodniej części kraju mogą być używane mniejsze czasze antenowe (150cm), we wschodniej natomiast większe (180cm). Jedynie do wyłącznego odbioru satelity ASTRA można stosować najmniejsze anteny, odpowiednio o średnicy 90 i 120 centymetrów. W przyszłości w miarę wprowadzania na orbitę satelitów następnych generacji o podwyższonej mocy będzie możliwe korzystanie z jeszcze mniejszych anten, o średnicach od 50 do 80 centymetrów. Instalując anteny, zwłaszcza te o większych średnicach, należy zwrócić baczną uwagę na solidne umocowanie stojaka. Sam ciężar anteny nie ma tu szczególnego znaczenia. Typowe zestawy antenowe nie ważą bowiem więcej niż 50 kg ważna jest natomiast ich odporność na podmuchy wiatru. Przy częstych wiatrach, wiejących z prędkością 30m/s, czasze o średnicy 180 cm mogą być narażone na nacisk boczny dochodzący do 250kg. Antena powinna znajdować się w miejscu zapewniającym bezpośrednią widoczność satelity ponad naturalnymi przeszkodami, jakimi mogą być drzewa i budowle. Powinien być widoczny cały wycinek łuku, na którym są rozmieszczone satelity telewizyjne. Sektor ten jest w Polsce ograniczony azymutem od 130? do 240?. Elewacja, tzn. kąt między horyzontem i kierunkiem zwróconej na satelitę anteny, mieści się w granicach od 14? na północy kraju do 33? na południu. Elementem czynnym anteny jest konwerter, sprzężony z promiennikiem umieszczonym w ognisku reflektora. Konstrukcja konwertera jest wyjątkowo precyzyjna i delikatna; nie toleruje ingerencji we wnętrze tego małego, lecz najważniejszego w zestawie, urządzenia. Próby otwarcia obudowy (przez amatora) kończą się zniszczeniem aparatury. Fale radiowe, emitowane przez transpondery satelitów telewizyjnych, są spolaryzowane poziomo lub pionowo, względni kołowo prawo- i lewoskrętnie. Z tego względu przy promienniku anteny odbiorczej umieszcza się odpowiedni polaryzator. Obrotowy polaryzator, ze zdalnym sterowaniem, umożliwia odbiór programów o różnych polaryzacjach fal. W przypadku korzystania wyłącznie z sygnałów i jednej polaryzacji wystarczy zastosowanie prostego stałego polaryzatora pojedynczego. Urządzenie to łączy promiennik anteny z konwerterem. Konwerter zawiera przedwzmacniacz wielkiej częstotliwości (wzmacniacz parametryczny) oraz pierwszy stopień przemiany częstotliwości. Lokalny generator heterodynowy i pierwszy mieszacz przenoszą nadawane przez satelitę sygnały na zakres niższych częstotliwości, przechodząc z pasma gigahercowego na megahercowe. Uzyskana w ten sposób pierwsza częstotliwość pośrednia jest kierowana, po wstępnym wzmocnieniu, do wejścia odbiornika telewizji satelitarnej (patrz uproszczony schemat blokowy rys. 2.3). Redukcja odbieranych przez antenę częstotliwości z 11-12 GHz na 950-1750MHz ułatwia późniejszą obróbkę sygnałów, które są z satelity przesyłane w modulacji częstotliwościowej. Dopiero w odbiorniku TV SAT przyjmują one właściwą dla odtwarzania formę amplitudową. Konwertery różnią się od siebie zakresami częstotliwości wejściowych i współczynnikiem szumów. Zakres częstotliwości dla Europy wynosi, jak wspomniano wcześniej od 10,95 do 11,75GHz. Jedynie w przypadku odbioru satelitów TDF i TELEX konieczny jest zakres od 11,75 do 12,5GHz. Inne konwertery, przeznaczone do odbioru w innych strefach geograficznych, są na naszym kontynencie nieprzydatne. Wzmocnienie konwerterów może wynosić od 50 do 65 dB. Lepsze są, rzecz jasna, urządzenia o większym wzmocnieniu. Jakość odbioru słabych sygnałów telewizji satelitarnej jest także uwarunkowana przez współczynnik szumów własnych. Dla konwerterów wyższej klasy (i najdroższych) wynosi on 0,9dB co umożliwia stosowanie anten o małej średnicy. W tańszej aparaturze współczynnik szumów może wzrastać do 2,5dB. Dla typowych anten, o średnicach od 150 do 180 cm, można używać konwerterów ze współczynnikiem szumów 1,8dB. Mniejsze czasze odbiorcze (120 i 90 cm) wymagają niskoszumowych konwerterów o współczynniku 1,5 czy nawet 1,2dB. Jedynie odbiór z satelity ASTRA bywa zadawalający przy poziomie szumów rzędu 2dB. Antenę łączy się z odbiornikiem satelitarnym przede wszystkim za pomocą specjalnego kabla współosiowego o typowej wprawdzie oporności od 50 do 75 omów, jednakże przenoszącego częstotliwości do 2GHz i wyróżniającego się tłumieniem nie wyższym niż 20dB. Prowadzi się go najkrótszą drogą od konwertera do wejścia antenowego. W przypadku pojedynczego polaryzatora połączenie to w zupełności wystarczy. Polaryzatory obrotowe wymagają jednak dodatkowego połączenia z odbiornikiem trzema elastycznym przewodami elektrycznymi. Silnik sterownika anteny musi być zależnie od konstrukcji fabrycznej zasilany za pośrednictwem dwóch lub czterech przewodów takiego samego typu, jakie wykorzystuje się w domowych instalacjach elektrycznych. Doprowadzone z konwertera sygnały zostają w tunerze odbiornika zmieszane z częstotliwością drugiej heterodyny, co powoduje przesunięcie ich do pasma 140MHz (patrz schemat blokowy tunera rys. 2.4). Są one jednak nadal modulowane częstotliwościowo, a następnie przechodzą przez ogranicznik oraz demodulator FM (uzupełnione tzw. blokiem deemfazy), skąd są kierowane na wyjście w formie sygnałów małej częstotliwości wizji i fonii, możliwych do przyjęcia przez telewizory. Strojenie tunera odbywa się przez zmianę częstotliwości drugiej heterodyny. Pomijając charakterystyczną dla telewizji satelitarnej przemianę sygnału wizji z modulacji częstotliwościowej, konstrukcja tunera TV SAT w niczym nie odbiega od budowy klasycznych tunerów telewizyjnych. Na rynku sprzętu elektronicznego znajduje się wiele typów odbiorników telewizji satelitarnej, różniących się nie tyle konstrukcją, ile stopniem automatyzacji obsługi. Najprostsze z nich można regulować jedynie ręcznie. Na ich frontowej ściance znajdują się pokrętła dostrojenia wizji, fonii i regulacji polaryzatora. W konstrukcjach średniej klasy wbudowuje się także wskaźnik poziomu sygnału, przełącznik polaryzatora i przełącznik szerokości pasma fonii. Najdroższe odbiorniki wysokiej klasy mają cyfrowy syntetyzer częstotliwości, ułatwiający dostrajanie do kanału, oraz pamięć elektroniczną, w której można utrwalić optymalne dostrojenie odbiornika do kilkudziesięciu programów. Mają one zazwyczaj zdalne sterowanie podczerwienią. W charakterystyce odbiornika najważniejszy jest zakres odbieranych częstotliwości. Należy pamiętać, że większość satelitów europejskich nadaje w paśmie 10,95-11,75 GHz (Ku-Band). Tylko nieliczne satelity pracują (najczęściej tylko na niektórych transponderach) w zakresie 11,75-12,5 GHz (C-Band). Znajomość właściwego zakresu jest niezbędna przy zakupie sprzętu.