64Опыт и практика

предыдущая статья | оглавление | в архив | следующая статья



Одна голова - хорошо, а две - лучше!


Г.Высоцкий Теле-Спутник - 6(104) Июнь 2004 г.


Читатели "Теле-Спутника" в последнее время часто задают вопросы, общая формула которых примерно такова: как установить два конвертера на одной антенне? Почему такой вопрос актуален, понятно. До сих пор россиянам предлагается единственная услуга, рассчитанная на непосредственный прием со спутника — пакет НТВ-Плюс. Для значительной части наших граждан она остается неадекватно дорогой или физически недоступной. Между тем, стоимость индивидуальной приемной системы вполне соответствует достатку средней семьи. Поэтому добрая половина индивидуальных "тарелок" используется для приема российских телепрограмм со спутников "Ямал" и "Экспресс". Трансляции через эти спутники не предназначены для непосредственного приема, они используются для доставки сигналов центральных каналов в регионы, местным станциям-ретрансляторам и кабельным операторам. Поэтому индивидуальный прием "бесплатных" российских программ технически сложен: для приема требуются антенны относительно больших размеров, программы рассредоточены по разным спутникам и передаются в разных частотных диапазонах.

Существуют три ситуации, когда одна антенна используется с двумя или более конвертерами. Условно обозначим их так:

  1. Неподвижная антенна — разные спутники
  2. Подвижная антенна — разные диапазоны
  3. Один спутник — два диапазона.

В разных ситуациях наиболее эффективны разные решения.

Неподвижная антенна — разные спутники

Зеркальная параболическая антенна имеет одно интересное свойство. Кроме того, что она концентрирует в точке фокуса энергию радиоволны, направление прихода которой совпадает с направлением электрической оси антенны, она также может концентрировать энергию радиоволн, приходящих с близких направлений, в областях, расположенных рядом с точкой фокуса, правда, с несколько меньшей эффективностью. Благодаря этому свойству, одну неподвижную антенну можно использовать для приема сигналов двух и более спутников, если установить на нее несколько конвертеров, по одному на каждый спутник. Один конвертер располагается в точке фокуса и фиксируется на антенне штатным креплением. Этот конвертер работает точно так же, как если бы он был на антенне единственным. Будем называть его для краткости основным конвертером, а спутник, на который настроена антенна — основным спутником. Конвертеры для приема других спутников устанавливаются рядом с первым — назовем их дополнительными, а соответствующие им спутники — дополнительными спутниками. Прием дополнительных спутников возможен, только если выполняется ряд условий. Эти условия сформулированы в [1]. С одной стороны, угловое расстояние между спутниками должно быть как можно меньше, поскольку, чем дальше дополнительный спутник от основного, тем меньше эффективность антенны для дополнительного спутника. С другой стороны, чем меньше угловое расстояние между спутниками, тем меньше линейное смещение дополнительного конвертера от точки фокуса: оно примерно равно произведению фокусного расстояния антенны и угла между спутниками в радианах. Поскольку конвертеры имеют вполне определенные физические размеры, принимать слишком близко расположенные спутники на одну антенну можно, только если ее фокусное расстояние (и, соответственно, размер) не меньше определенной величины.

Можно быстро и довольно точно оценить возможность такого приема, если воспользоваться программой-калькулятором SMWLink версии 2.0. Программа бесплатно распространяется фирмой-производителем конвертеров Swedish Microwave AB (Швеция), ее можно бесплатно скачать с веб-сайта компании: http://www.smw.se. Заметим, что нужна программа именно версии 2.0, в более поздней версии 3.0 расчеты для установки двух конвертеров на одну антенну не поддерживаются.

Скачав, распаковав и установив программу, нужно зайти в раздел Database (база данных). Необходимо убедиться, что в базе присутствуют оба интересующих нас спутника (Satellites), наш город (Locations) и антенна, по характеристикам аналогичная нашей (Antennas). Если таких данных нет, их следует ввести, воспользовавшись опцией меню Data-Edit. После ввода всех необходимых сведений в базу данных нужно из основного меню зайти в раздел Dual Feed и с помощью опции меню Data указать два спутника (основной и дополнительный), тип антенны и город. Программа автоматически рассчитает угловое расстояние между спутниками, видимыми из нашего города, расстояния по горизонтали и по вертикали, на которые необходимо сместить дополнительный конвертер, и эффективность антенны для основного и дополнительного спутников.

Например, необходимо определить возможность приема сигналов со спутников Экспресс-А1R (40,0Е) и Бонум-1 (56,0E) в Екатеринбурге (56,0N 60,5Е) на антенну СТВ-1,2-11 ЗАО "Алмет" (Ульяновск). Введя исходные данные, получаем: расстояния между конвертерами по горизонтали 228 мм, по вертикали 30 мм; эффективность антенны для основного спутника — 60%, для дополнительного спутника — 7%. Результат получится более наглядным, если пересчитать эффективность в эквивалентный диаметр. Реальный физический диаметр 120 см соответствует эффективности 60%, для дополнительного спутника эффективность составляет 7%, соответственно, усиление становится меньше примерно в 9 раз. Так как усиление антенны пропорционально ее площади, то есть квадрату диаметра, эквивалентный диаметр антенны для дополнительного спутника получится в 3 раза меньше реального диаметра, то есть 40 см. Это достаточный диаметр, таким образом, одновременный прием этих двух спутников на одну антенну вполне возможен.

Антенна для приема со спутников «Ямал» (90,0Е, только C-Band) и «Экспресс-6А» (80,0Е, C- и Ku-Band)

Для механического крепления дополнительного конвертера используется специальный адаптер, так называемый Dual Feed Adapter или Multifeed. Серийные "мультифиды", как правило, рассчитаны на использование с антенной и конвертерами определенных моделей. Кроме того, они не регулируются, то есть предполагают работу только с парой спутников, находящихся на определенном угловом расстоянии друг от друга. В нашей стране очень сложно приобрести антенну и конвертеры одного производителя, а угловые расстояния между спутниками, интересными для российского телезрителя, могут быть нетипичными. Поэтому наилучшие результаты дает использование самодельного адаптера.

Его можно изготовить, например, используя "хомуты сантехнические", которые продают в магазинах строительных материалов и сантехники. Продается целый ряд хомутов различных диаметров. Для изготовления адаптера необходимо подобрать два хомута, диаметры которых соответствуют диаметрам нужных конвертеров: для конвертеров С-диапазона около 60мм, для конвертеров Ku-диапазона, как правило, 40 мм. Затем нужно удалить болты, стягивающие половины хомутов, и рассверлить отверстия таким образом, чтобы болты не вкручивались, а свободно проходили в них. Затем с помощью программы SMWLink ver.2.0 надо рассчитать расстояние между осями конвертеров и приготовить две шпильки соответствующей длины с небольшим запасом. Половинки одного хомута надеваются на волновод основного конвертера, который уже установлен на антенну; половинки другого хомута — на волновод дополнительного конвертера. С помощью восьми гаек и двух шпилек хомуты соединяются друг с другом. Такая система позволяет плавно регулировать расстояние между основным и дополнительным конвертерами, вращать дополнительный конвертер вокруг основного, поворачивать его вокруг своей оси для настройки поляризации, смещать его вперед или назад для настройки фокусного расстояния, а затем надежно фиксировать его.

Подвижная антенна — разные диапазоны

Сложно сказать, какой частотный диапазон представляет наибольший интерес для владельцев индивидуальных приемных систем в России — C или Ku. Поэтому естественно желание оборудовать подвижную антенну с полярной подвеской для приема в обоих диапазонах. Как правило, такой прием связывают с использованием сложных устройств — комбинированных конвертеров или двухдиапазонных облучателей. На самом деле, на подвижной антенне они не нужны. Достаточно просто установить рядом два конвертера как можно ближе друг к другу, в плоскости, перпендикулярной оси вращения антенны. Другими словами, если антенну направить строго на юг, оси конвертеров должны расположиться в одной горизонтальной плоскости. Конвертер Ku-диапазона устанавливается в фокусе антенны. Расстояние между осями конвертеров определяется их физическими размерами и составляет 50-80 мм. Поскольку длина волны в Ku-диапазоне втрое меньше (2,5 см), то, в соответствии с условиями "малости смещения", сформулированными в [1], при установке конвертера Ku-диапазона вне фокуса снижение эффективности антенны будет значительным. В то же время, если на том же расстоянии от точки фокуса поместить конвертер C-диапазона, эффективность антенны практически не уменьшится, поскольку смещение будет соизмеримым с длиной волны (7,5 см).

Для крепления конвертера C-диапазона можно использовать приспособление из "хомутов сантехнических", описанное выше. Чтобы максимально сблизить оси конвертеров, дроссельный фланец с волновода конвертера C-диапазона удаляется, то есть используется облучатель в виде открытого конца круглого волновода. Это несколько снижает эффективность антенны в C-диапазоне, однако, если бы расстояние от фокальной оси до оси конвертера C-диапазона было бы больше за счет ширины дроссельного фланца, снижение эффективности было бы намного сильнее. Можно оставить дроссельный фланец, если вырезать в нем паз для конвертера Ku-диапазона. Это довольно трудоемкая операция, а ощутимого эффекта от использования такого "ущербного" дроссельного фланца на практике не замечено. Теоретически можно размещать конвертер диапазона C с любой стороны от конвертера диапазона Ku. Однако, как отмечено в [1], наиболее интересные для жителей европейской России спутники, работающие в диапазоне Ku, располагаются преимущественно в западной части видимой дуги геостационарной орбиты, а спутники, работающие в диапазоне C, — в восточной ее части. Западные спутники желательно принимать "до самого горизонта", чем дальше на запад, тем лучше, поэтому, как правило, актюатор располагают на западной стороне полярной подвески. Прямой резон установить конвертер диапазона C также с западной стороны от фокуса. Его смещение даст смещение оси диаграммы направленности антенны в диапазоне C на восток относительно геометрической оси антенны. За счет этого в диапазоне C антенну можно повернуть на восток несколько дальше, чем позволяет механическая конструкция подвески.

Качество приема на такую систему выше, чем при использовании комбинированных конвертеров и двухдиапазонных облучателей. В этих устройствах из-за коаксиального (соосного, один внутри другого) расположения конвертеров неизбежны дополнительные потери как в Ku, так и в C-диапазоне: у конвертера диапазона Ku, как минимум, отсутствует дроссельный фланец, а внутри волновода диапазона C располагается "инородное тело" — волновод диапазона Ku. Система с отдельными конвертерами в диапазоне Ku работает так же, как если бы конвертер этого диапазона был единственным. Качество приема в диапазоне C несколько хуже, чем с антенной, на которой установлен единственный конвертер диапазона C, но лучше, чем с такой же антенной и комбинированным конвертером. Система получается недорогой и простой в управлении, в ней можно использовать конвертеры с максимальными возможностями по приему сигналов с разными направлениями поляризации и на разных частотах: типа "Universal" для диапазона Ku и типа "Switchable" для диапазона C. Для коммутации двух таких конвертеров на вход ресивера-декодера можно использовать простой антенный переключатель 1:2 Tone Burs Switch или DiSEqCtm, в том числе встроенный в позиционер (такую опцию имеет, например, отечественный позиционер Globus-CDS). Пожалуй, единственное неудобство поворотной антенны с двумя конвертерами — особенности программирования позиционера. Один спутник, работающий одновременно в двух диапазонах (Экспресс-6А 80,0Е, Экспресс-A1R 40,0Е, NSS-703 57,0Е и т.п.), придется программировать, как два разных спутника.

Один спутник — два диапазона

Наиболее сложная задача — принять на одну неподвижную антенну сигналы одного спутника, работающего одновременно в двух частотных диапазонах — C и Ku. Типичный пример — Экспресс-6А (80,0E). В диапазоне C с правосторонней круговой поляризацией транслируются программы "Ren-TV", "ТВ-Центр", "7-ТВ"; в диапазоне Ku с вертикальной линейной поляризацией — программы СТС, "Муз-ТВ", ОТРК "Югра" и др. Спутник один, точка фокуса антенны тоже одна, и разместить в ней одновременно два конвертера невозможно физически. В этом случае используется одно из двух устройств: комбинированный конвертер или двухдиапазонный облучатель.

Конвертер PESI CK2322

Типичный комбинированный конвертер — СК2322 фирмы Prime Electronic & Satellitics Inc. (PESI). Он представляет собой волновод диапазона C, внутри которого коаксиально расположен волновод диапазона Ku. Сигналы диапазона C выводятся из волновода с помощью двух зондов к двум отдельным конвертерам с разными выходами — для вертикальной и для горизонтальной поляризации. Волновод диапазона Ku оканчивается конвертером типа "Universal" с одним выходом. Комбинированный конвертер относительно дешев и удобен тем, что сочетает "три устройства в одном" — облучатель и конвертеры двух частотных диапазонов. Однако у него есть ряд серьезных недостатков. Характеристики конвертеров не очень хорошие: коэффициент шума конвертера диапазона Ku равен 1,1дБ, шумовая температура конвертеров диапазона C — 25°K. PESI CK2322 поставляется производителем с облучателем в виде открытого конца круглого волновода и изначально рассчитан на прием сигналов с линейной поляризацией. Для использования с осесимметричной или офсетной антенной надо приобрести или изготовить, соответственно, дроссельный фланец или рупор, а для приема сигналов спутников "Ямал" и "Экспресс" с круговой поляризацией — деполяризатор. Кроме того, в некоторых случаях такое устройство вообще неприменимо. Например, если со спутника Экспресс-6А 80,0Е необходимо принимать не только телевидение, но и цифровое радио по технологии ComStream SCPC Audio (Русское Радио, Европа-Плюс, Радио-7, Хит-FM и т.п.). Для приема этих программ радио обычные конвертеры не годятся, нужны специальные конвертеры PLL с цифровым синтезатором частоты гетеродина.

Облучатель Chaparral Corotor-II Plus

Поэтому в приемных системах коммерческого назначения (а также в индивидуальных системах, если требуется высокое качество) предпочтительно использование двухдиапазонных облучателей. В России наиболее популярны устройства, называемые "C/Ku-роторами", типичные модели — PR3-CKU фирмы Antenna Downlink Inc. (A.D.L.) и Corotor(r) II Plus другой американской фирмы — Chaparral Communications. Это двухдиапазонные облучатели с совмещенным механическим поляризатором. Они представляют собой волновод диапазона C, внутри которого располагается волновод диапазона Ku. В обоих волноводах находятся вращающиеся зонды, которые механически соединены с общим сервоприводом — электродвигателем с редуктором. Через зонды сигналы выводятся в прямоугольные волноводы: в волновод диапазона C — непосредственно, в волновод диапазона Ku — через отрезок жесткой коаксиальной линии. Прямоугольные волноводы оканчиваются фланцами, на которые устанавливаются отдельные конвертеры C и Ku-диапазонов. Облучатель рассчитан на работу с осесимметричной антенной, в комплект входит дороссельный фланец. В волноводе диапазона C установлен деполяризатор в виде двух диэлектрических пластин по обе стороны от волновода диапазона Ku. Таким образом, в зависимости от положения зонда, в диапазоне C можно принимать сигналы с линейной или с круговой поляризацией, а в диапазоне Ku — только с линейной.

Время "C/Ku-роторов" прошло, они морально устарели и для использования в нашей стране очень неудобны. Во-первых, из-за двойного перехода "круглый волновод — зонд — жесткий коаксиал — зонд — прямоугольный волновод" эти устройства вносят очень большие потери в диапазоне Ku. Видимо, производители считали, что, раз облучатель используется для приема в диапазоне C, антенна имеет диаметр, как минимум, 1,5 метра, что для приема сигналов в Ku-диапазоне более чем достаточно. Российским энтузиастам спутникового телевидения приходится принимать в диапазоне Ku, в основном, слабые сигналы. Сигналы отечественных спутников слабы, потому что их мощность распределяется по слишком большой зоне обслуживания, а сигналы европейских спутников слабы, потому что приемные антенны находятся на краю зоны обслуживания или вовсе за ее пределами. Во-вторых, практически ни один современный ресивер не имеет интерфейса управления механическим поляризатором. В-третьих, для установки на "C/Ku-ротор" нужен конвертер диапазона Ku с прямоугольным фланцем WR75. Конвертеры в таком исполнении сейчас можно найти либо профессиональные, то есть дорогие, либо устаревшие, с плохими характеристиками. Такие конвертеры либо имеют единственный гетеродин, то есть не могут работать во всем Ku-диапазоне, либо для переключения гетеродинов используют управляющий сигнал 13/18В, который во всех современных ресиверах используется для переключения поляризации. Таким образом, система с "C/Ku-ротором" получается сложной в управлении и вдобавок некачественно работает, особенно в диапазоне Ku.

Облучатель "Ямал"

Этих недостатков лишены двухдиапазонные облучатели отечественного производства, специально разработанные для приема сигналов со спутников "Ямал" и "Экспресс". Они рассчитаны на установку трех конвертеров — двух С-диапазона (с прямоугольным фланцем CPR-229) и одного Ku-диапазона (с круглым фланцем С-120). Такой облучатель позволяет одновременно принимать сигналы диапазона C с круговой поляризацией левостороннего вращения, правостороннего вращения и сигналы диапазона Ku с любой поляризацией. Встроенный штыревой деполяризатор обеспечивает высокую развязку сигналов с разной поляризацией в диапазоне C. Это особенно актуально для нового спутника "Ямал-201", у которого центральные частоты транспондеров c правой и левой поляризацией совпадают. Прямой круглый волновод диапазона Ku проходит насквозь через волновод диапазона C. Благодаря такой конструкции, потери в диапазоне Ku незначительны и можно использовать широко распространенные конвертеры типа "Universal". Так как выходы конвертеров диапазона C раздельные, облучатель можно использовать в коллективной системе, например на головной станции кабельного телевидения. Выпускаются облучатели как с двумя портами диапазона C, так и с одним портом, для приема только сигналов с правосторонней поляризацией (спутники "Экспресс"). Обе модели существуют в двух версиях — для установки на осесимметричную или на офсетную антенну.

Литература:

  1. В. Лощинин "Поиграем с зеркалом!". "Теле-Спутник" №1-1998, с.70
  2. А. Бителева "Как выбрать спутниковый конвертер". "Теле-Спутник" №1-1998, с.58
  3. О.П. Фролов "Антенны для земных станций спутниковой связи". М., "Радио и связь", 2000


 
Теле-Спутник Июнь 2004
наверх
 



Уважаемые посетители!
В связи с полной реконструкцией Архива, возможны ситуации, когда текст будет выводиться не полностью или неправильно (отсутсвие статей в некоторых номерах это не ошибка). Если заметите какие-то ошибки, то, пожалуйста, сообщите нам о них. Для связи можете воспользоваться специальной формой:

Номер журнала: *
Страница: *
Дополнительные сведения: *
Желательно четко опишите замеченную проблему - это поможет быстрее ее решить.
Мы не отвечаем на вопросы! Их следует задавать на нашем форуме!
Антиспам: * Нажмите мышкой на синий квадрат:


Поля, помеченные звездочкой (*)
обязательны для заполнения





Новый сайт