До появления проекта НТВ-Плюс российским энтузиастам спутникового телевидения редко приходилось сталкиваться с круговой поляризацией — наибольший интерес для индивидуального приема представляют европейские спутники с линейно поляризованным излучением. Однако особенности приема сигналов с круговой поляризацией ярко проявились с началом цифрового вещания НТВ-Плюс. При приеме сигнала со спутника BONUM-1 на ту же антенну, что используется для приема европейских спутников (с конвертором без деполяризатора), картинка "рассыпается" даже при очень большом уровне сигнала.

При приеме сигналов "старых" спутников "Галс", TDF-2 и Hot Bird на одну подвижную антенну деполяризатор был не нужен. Во-первых, сигнал "Галсов" намного мощнее сигнала спутников Hot Bird и, даже с потерями 3 дБ, принимался не хуже. Во-вторых, несущие частоты транспондеров "Галсов" и TDF-2 разнесены довольно далеко, не менее чем на 36 МГц (11767 LZ и 11803 RZ). Это больше, чем ширина полосы пропускания приемника (27 МГц), поэтому даже при одновременном приеме сигналов в обеих поляризациях без развязки они не перекрывались по частоте. Эта особенность позиции 360 в.д. успешно использовалась при коллективном приеме — для одновременного приема сигналов с правой и левой поляризацией использовалась антенна с запасом усиления 3 дБ (диаметр примерно в 1,5 раза больше минимально необходимого) и штатный конвертор НТВ-Плюс, из которого намеренно удалялся деполяризатор. Отпадала необходимость использовать спаренные конверторы, разделители поляризаций, мультисвитчинги и т.д.

Транспондеры спутника BONUM-1 расположены "вплотную". Центральные частоты транспондеров с разной поляризацией разнесены всего на 19 МГц. При приеме сигнала, например, с правой круговой поляризацией часть мощности сигнала соседнего по частоте транспондера с левой круговой поляризацией попадет в полосу пропускания приемника. Такой сигнал не является полезным сигналом, следовательно, его можно рассматривать как шум. Увеличение диаметра антенны в данном случае не улучшает качество приема, так как уровень шума растет пропорционально уровню сигнала.

У волны с круговой поляризацией вектор электрического поля имеет постоянную величину, но изменяет направление (вращается), делая один оборот на 3600 за один период несущей частоты. Можно представить волну с круговой поляризацией как сумму двух линейно поляризованных волн, векторы Е’ и E" которых расположены ортогонально, а фаза колебаний отличается на p/2 (правая круговая поляризация) или на 3p/2 (левая круговая поляризация). На рис. 1 показан один период волны с круговой поляризацией. Вектор E’ расположен вертикально, а вектор E" — горизонтально. Из рисунка видно, что суммарный вектор Eкр постоянно изменяет свое направление, делая полный оборот за один период. Теперь предположим, что сигнал с круговой поляризацией будет приниматься на переключаемый конвертор.* Так как его штыри расположены ортогонально (под углом 900), можно расположить векторы составляющих E’ и E" параллельно "вертикальному" и "горизонтальному" штырям конвертора соответственно. Нетрудно догадаться, что сигнал будет приниматься на оба штыря одинаково, составляющая E’ будет возбуждать штырь вертикальной поляризации, составляющая E" — штырь горизонтальной поляризации. Амплитуда каждого из векторов E’ и E" будет меньше амплитуды вектора Eкр в Ц2 раз, т. е. потери по мощности составят 3 дБ (мощность сигнала разделится поровну между двумя штырями).

Чтобы избежать потерь при приеме сигнала с круговой поляризацией, используются устройства — деполяризаторы. Наиболее простой деполяризатор — диэлектрический. Он представляет собой секцию круглого волновода с диэлектрической пластиной внутри (рис. 2). Допустим, что в таком волноводе распространяется волна с круговой поляризацией. Разложим ее на две составляющих, направив вектор E’ параллельно пластине деполяризатора, а вектор E" — перпендикулярно ей. Фазовая скорость составляющей, вектор E’ которой направлен параллельно пластине, не изменится и останется равной скорости распространения волны в волноводе Св. Скорость же волны, вектор E" которой перпендикулярен пластине, будет больше или меньше скорости Св, это зависит от размеров волновода, толщины и диэлектрической проницаемости материала пластины. Соответственно длина волны будет больше или меньше, чем длина волны в свободном пространстве. Необходимо задержать или ускорить составляющую E" таким образом, чтобы к концу секции деполяризатора обе составляющих E’ и E" отличались по фазе на 0 или на p. В этом случае на выходе деполяризатора они окажутся в фазе или в противофазе, и суммарный вектор будет иметь постоянное направление (450 по отношению к каждой составляющей, см. рис. 2). Таким образом, длина пластины подбирается с таким расчетом, чтобы задержка составляющей E" составляла p/2, т. е. количество длин волн составляющих E’ и E", укладывающихся на длине пластины L, должно отличаться на l/4. В конверторе Cambridge AE37 (штатный конвертор НТВ-Плюс) используется пластина из полистирола толщиной 1 мм и длиной 46 мм. Пластина располагается в волноводе таким образом, чтобы угол между плоскостью пластины и плоскостью, в которой расположен "вертикальный" штырь конвертора, составлял 450. При таком расположении пластины деполяризатор преобразует волну с правой круговой поляризацией в волну с линейной вертикальной поляризацией, а волну с левой круговой — в волну с линейной горизонтальной.

Нетрудно убедиться, что деполяризатор — обратимое устройство. Если на входе секции деполяризатора присутствует линейно поляризованная волна, вектор Eл которой расположен под углом 450 к диэлектрической пластине, то на выходе секции волна приобретает круговую поляризацию. Как принимается сигнал с круговой поляризацией на переключаемый конвертор с двумя штырями, уже рассматривалось выше. Таким образом, если линейно поляризованный сигнал (например, со спутников Hot Bird) принимать на конвертор с деполяризатором, потери по мощности составят не менее 3 дБ, и сигналы обеих поляризаций (и вертикальной и горизонтальной) будут приниматься одинаково на оба штыря, мешая приему друг друга.

Заметим, что если диэлектрическую пластину расположить параллельно или перпендикулярно направлению вектора Е линейно поляризованной волны, она будет вносить минимальное затухание, не изменяя при этом направление поляризации. Значит, деполяризатор можно "отключить" на время приема спутника с линейной поляризацией, установив пластину параллельно штырю вертикальной поляризации (или перпендикулярно ему). Это можно сделать с помощью комбинации устройств "диэлектрический деполяризатор + механический или магнитный поляризатор". При первоначальной настройке пластина деполяризатора устанавливается по направлению вектора Е вертикально поляризованной волны. Для приема сигналов с линейной поляризацией механическим поляризатором приемный штырь разворачивается параллельно или перпендикулярно пластине. Для приема сигналов с круговой поляризацией штырь устанавливается таким образом, чтобы угол между ним и плоскостью пластины составлял 450 в ту или иную сторону. Если используется магнитный поляризатор, штырь конвертора остается неподвижным, а направление поляризации линейно поляризованной волны (прошедшей параллельно или перпендикулярно пластине деполяризатора или сформированной из волны с круговой поляризацией) приводится магнитным поляризатором в плоскость штыря.

Использование обоих этих устройств связано с некоторыми ограничениями.

• Первое: для управления как магнитным, так и механическим поляризатором ресивер должен иметь соответствующий интерфейс. У цифровых ресиверов, за редкими исключениями (например, PRAXIS DVB9800 ADP), такого интерфейса нет. Для управления магнитным поляризатором в упрощенном варианте можно использовать выход ресивера 0/12 В с некоторыми доработками.
• Второе: и тот и другой поляризаторы рассчитаны на работу с конверторами без переключения поляризации (с прямоугольным фланцем). Как правило, если такой конвертор двухдиапазонный, то гетеродины верхнего и нижнего диапазона переключаются напряжением питания 13/18 В. У большинства цифровых ресиверов этот управляющий сигнал используется только для переключения поляризации. Это обстоятельство сильно усложняет программирование ресивера.
• Третье: оба эти устройства вносят собственные потери от 0,2 до 0,5 дБ, уменьшая добротность приемной установки в целом.

В большинстве случаев выгоднее использовать для приема спутников в позиции 360 в.д. отдельную антенну или отдельный конвертор. Все без исключения цифровые ресиверы поддерживают протокол DiSEqC, поэтому проблем с коммутацией антенн не возникнет.

стоянием 0,75 м, с отношением F/D = 0,36, усилением по паспорту — 44,5 дБ и конвертор фирмы Gardiner (США) — 3,7...4,2 ГГц, шумовой температурой — 16...200К, коэффициентом передачи 68,2...69,3 дБ и выходным диапазоном — 0,95...1,45 ГГц. Практически, разницы в качестве изображения при использовании конверторов фирм SPC и Gardiner зафиксировано не было. Данные о приеме на антенну диаметром 2 м некоторых наиболее популярных телевизионных программ (количество телевизионных программ, принимаемых в диапазоне С, на самом деле гораздо больше) приведены в таблице 2. В целом количество принимаемых программ в диапазоне С несколько меньше, чем в диапазоне 11 ГГц, но зато здесь можно найти экзотические программы, которых там нет, и открытые (бесплатные) программы, передаваемые в диапазоне 11 ГГц в закодированном виде. Краткая информация о некоторых из принимаемых спутников диапазона С приведена ниже.

78,50 в.д. — THAICOM 2/3 — есть много программ стран Азии. Для приема луча, направленного на Европу, достаточно антенны диаметром 1,6-2 м.

76,50 в.д. — APSTAR 2R — имеет довольно сильный сигнал, который можно принимать на антенны диаметром около 2 м. Все программы передаются в цифровом, закодированном виде.

68,50 в.д. — PANAMSAT-4 — для приема этого спутника желательна антенна диаметром не менее 2 м. Кроме упомянутых в таблице 2 программ, можно принимать: CNBC Asia, CNN, Home TV, Sony TV, Doordarshan India и другие.

57,50 в.д. — INTELSAT 703 (NSS 703) — транслирует много программ, однако в Европе возможен прием только некоторых из них — Worldnet, TV India, MTA International, а для качественного приема необходима антенна диаметром порядка 3 м.

260 в.д. — ARABSAT 2A — довольно мощный спутник, на котором много арабских программ. В них много внимания уделяется развлекательным передачам и футболу. На этом спутнике можно бесплатно увидеть практически любые международные соревнования по футболу, а также программы CNN International и ART Channel. Для приема необходима антенна диаметром 2-2,5 м.

Погодные условия и качество приема

Качество приема сигналов в диапазоне С меньше зависит от воздействия метеорологических условий, чем в диапазоне Ku. Так, например, прием в диапазоне Ku резко ухудшается из-за покрытой снегом поверхности антенны, туч или дождя. В то же время прием в диапазоне С многократно осуществлялся на полностью покрытую снегом антенну, причем без ухудшения качества изображения. При подтаивании снега на антенне прием может несколько ухудшаться. Прием также ухудшается или совсем прекращается при попадании на зеркало антенны прямых лучей солнца или появлении на пути прохождения сигнала плотных грозовых туч с сильной концентрацией влаги и т.п.

Резюме

Для удовлетворительного приема российских программ — каналов "Россия", ОРТ-1 и др. в диапазоне С достаточно, чтобы индивидуальное приемное устройство состояло из параболической антенны диаметром около 1-1,2 м с конвертором этого диапазона, имеющим температуру шума не более 700 К, и ресивера.

Возможно совместное использование антенны диапазона Ku для приема сигналов в диапазоне С. В этом случае конвертор на 4 ГГц размещается рядом с конвертором на 11 ГГц.

В качестве ресивера для диапазона С можно применить обычный ресивер на диапазон Ku, снабженный переключателем полярности видеосигнала, или инвертировать видеосигнал.

Желательно наличие у ресивера двух высокочастотных входов для одновременного подключения обоих конверторов. При небольшой длине кабеля между конвертором и ресивером допустимо использование обычного переключателя, это практически не сказывается на качестве изображения.

Прием относительно слабых сигналов можно осуществлять, применяя преобразователи поляризации, конверторы с шумовой температурой около 16...350 К и антенны диаметром 1,8...2,0 м и более.

Для качественного приема звука целесообразно наличие экспандера аудиосигнала.

Литература:

1. Модули СВЧ-приемные сантиметрового диапазона. — Радио, 1992, № 10, с. 64.
2. Шпиндлер З. Практические конструкции антенн. — М.: Мир, 1989. — с. 448.
3. Справочник по спутниковой связи и вещанию/Под ред. Л.Я. Кантора. — М.: Радио и связь, 1989. — 288 с.
4. Драбкин А.А. и др. Антенно-фидерные устройства. — М.: Сов. радио, 1974.— 536 с.
5. А.с. 321 885 /SU/. Электрически управляемый волноводный поляризатор. — Б.И., 1971, № 35.
6. А.с. 362 374 /SU/. Волноводный поляризатор для формирования поля круговой поляризации. — Б.И., 1973, № 2.
7. А.с. 1 790 019 /SU/. Переключатель поляризации. — Б.И., 1993, № 3.
8. А.с. 1 128 311 /SU/. Устройство для вращения плоскости поляризации.- Б.И., 1984, № 45.
9. 1 791 875 /SU/. Волноводное устройство переключения поляризации.- Б.И., 1993, № 4.
10. Зоны покрытия спутников "Горизонт" и "Экспресс" (часть 1). — "Теле-Спутник", 1998, № 10, с. 80-83.
11. Зоны покрытия спутников "Горизонт" и "Экспресс" (часть 2). — "Теле-Спутник", 1998, № 11, с. 67-70.