Курсовая работа: Индивидуальный прием программ спутникового вещания

Рисунок 3.1 – Индивидуальная ПУ с позиционируемой антенной

При приеме мультимедийной информации, рассылаемой пользователям через ИСЗ, в состав ПУ добавляется DVB-PCI-карта, устанавливаемая в персональный компьютер (ПК) и программное обеспечение (ПО).

В данном курсовом проекте мы рассмотрим лишь принцип работы типовой ПУ с позиционируемой антенной, предназначенной для приема сигналов с линейной поляризацией в диапазоне частот 10,7…12,75 ГГц.

Транслируемые с ИСЗ сигналы принимаются направленной антенной, проходят через корректор поляризации на конвертор и далее по соединительному кабелю (СК) поступают на тюнер. Облучатель антенны, выполненный на базе круглого волновода, расположен в фокусе антенны и жестко соединен с КП и конвертором.

В качестве корректора поляризации обычно применяют магнитный поляризатор на эффекте Фарадея. Основой КП является отрезок круглого волновода, в центре которого расположен ферритовый стержень, а на внешней части волновода находится катушка для создания магнитного поля. Изменяя величину тока в катушке, можно регулировать уровень магнитного поля и намагничиваемость феррита. В результате взаимодействия электромагнитного поля (ЭМП) сигнала с ферритом изменяется направление векторов ЭМП. Причем их угол поворота зависит от величины тока и параметров стержня, а направление поворота – от полярности напряжения. Необходимость в подстройке плоскости поляризации возникает при перенацеливании антенн на разные спутники и при наличии эффектов деполяризации сигналов на радиолинии. В результате подстройки компенсируются потери энергии из-за расхождения плоскостей поляризации антенн ИСЗ и ПУ.

Суммарная мощность сигналов на входе КП составляет

, Вт, (3.1)

где –суммарная ППМ, создаваемая ретрансляторами ИСЗ в точке приема, Вт/м; S_ЭФ – эффективная площадь раскрыва приемной антенны, м² .

В полнодиапазонном конверторе, предназначенном для работы в полосе 10,7…12,75 ГГц, осуществляется выбор сигналов с требуемой поляризацией, их усиление, разделение на две полосы частот и преобразование в диапазон первой ПЧ 0,95…2,15 ГГц. Вследствие разделения сигналов по поляризации и полосам частот на выходе конвертора присутствует примерно четвертая часть сигналов от принятых антенной. Эти сигналы по соединительному кабелю поступают на вход приемника. В нем по команде с пульта дистанционного управления (ПДУ) осуществляется настройка на частоту требуемого канала, преобразование выделенного сигнала на вторую ПЧ, демодуляция, канальное декодирование с прямым исправлением ошибок, демультиплексирование и преобразование цифровых видео- и аудиоданных в аналоговый стандарт PAL/SECAM. Благодаря частотной избирательности ЦПСВ действующая мощность сигнала на входе демодулятора определяется только ППМ конкретного ствола, а не суммарной ППМ. Поэтому при выполнении расчетов принимается во внимание мощность соответствующего канала, на частоту которого настроен приемник.

В выходном блоке ЦПСВ − радиомодуляторе из видео и аудиосигналов формируется радиосигнал, который используется для его подачи в одном из каналов ТВ-диапазона на антенный вход телевизора. Для исключения просмотра коммерческих программ все модели тюнеров оснащены блоком условного доступа в одной из принятых кодировок. Доступ к закрытым программам возможен только после установки абонентской карты в слот ЦПСВ.

Настройка антенны на требуемый ИСЗ осуществляется по команде с ПДУ на позиционер. Последний подает напряжение питания (36 или 24 В) на электропривод ОПУ антенны для реализации её перемещения. Современные позиционеры позволяют программировать 50 и более позиций ИСЗ на ГО. Микропроцессор позиционера выполняет сравнение текущих значений счетчика угла поворота антенны с содержащимися в памяти данными положения спутника. При совпадении сравниваемых значений электродвигатель останавливается. Для ограничения пределов углового перемещения антенны в позиционере предусматривается возможность задания крайних значений углов ее поворота.

Основной задачей конвертора является приём слабых сигналов в установленных для спутникового вещания диапазонах частот, а также усиление и преобразование этих сигналов в полосу первой ПЧ 0,95…2,15 ГГц. Большинство серийно выпускаемых конверторов для индивидуального приёма сигналов в диапазоне частот 10,7…12,75 ГГц являются полнодиапазонными и универсальными, допускающими равную возможность приёма программ аналогового и цифрового вещания. Все они содержат встроенный поляризационный селектор для разделения сигналов с ортогональной линейной поляризацией. Современные модели конверторов имеют весьма низкий коэффициент шума (0,5…0,8 дБ), высокое усиление (50…60 дБ), приемлемые значения абсолютной нестабильности частоты (0,5…0,7 МГц) и уровня подавления фазовых шумов гетеродина (минус 55дБ при отстройке на 1кГц, минус 75 дБ при отстройке на 10 кГц, минус 95дБ при отстройке на 100 кГц).

Низкий коэффициент шума n_ШК в современных конверторах достигнут за счет применения в первых его каскадах малошумящих GaAs-транзисторов с высокой подвижностью электронов (HEMT-транзисторов). Адаптация конверторов к цифровому формату вещания реализована за счет улучшения линейности их АЧХ и ФЧХ, снижения уровня фазовых шумов и обеспечения должного согласования с кабелем (КСВн ≤ 2). Минимизация уровня фазовых шумов в конверторе продиктована опасностью роста ошибок на выходе ЦПСВ из-за добавления в конвертируемый сигнал с QPSK модуляцией дополнительного фазового сдвига. Оценка уровней фазовых шумов обычно производится относительно уровня несущей гетеродина при заданной величине отстройки по частоте от номинального значения несущей.

Для радикального снижения уровня фазовых шумов гетеродина и повышения стабильности частоты некоторые модели конверторов оснащаются системой ФАПЧ. Такие модели используются при приёме узкополосных сигналов, например, сигналов радиовещания.

В состав типовой структурной схемы полнодиапазонного конвертора входят (рисунок 3.2): поляризационный селектор (ПС) с двумя ортогонально расположенными в круглом волноводе электрическими зондами, малошумящие усилители (МШУ), полосовой фильтр (ПФ), смеситель (См), два гетеродина (Г1 и Г2), усилитель промежуточной частоты (УПЧ), преобразователь напряжений (ПН) и два управляемых электронных ключа (ЭК1) и (ЭК2).

Выбор сигналов с требуемой поляризацией осуществляется подачей с ЦПСВ (по соединительному кабелю) управляющего напряжения 13 или 17 В на ЭК1, который подключает напряжение питания на МШУ1 или МШУ2 от ПН. При наличии на ЭК1 напряжения 13 В работает МШУ1 и усиливает наведенные на электрический зонд сигналы с вертикальной поляризацией. При подаче 17 В работает МШУ2 и усиливает сигналы с горизонтальной поляризацией.

Рисунок 3.2 – Структурная схема полнодиапазонного конвертора

МШУ1 и МШУ2 обеспечивают усиление 13...15 дБ и низкий коэффициент шума. Усилитель МШУ3 выполняется на биполярных транзисторах по схеме максимального усиления. Полосовой фильтр ослабляет сигналы вне полосы пропускания 10,7..12,75 ГГц, в том числе сигналы на зеркальных частотах 7,6…9,65 ГГц. ПФ выполняется многозвенным на отрезках микрополосковых линий. Смеситель СМ строится на СВЧ-диодах или транзисторах по балансной или двойной балансной схеме. Коэффициент передачи смесителя в конверторе не является определяющим показателем, важнее надежность и простота реализации этого устройства.

Гетеродины имеют внешнюю стабилизацию частоты диэлектрическими резонаторами, которые выполнены на основе титаната кальция и алюмината лантана. Эти материалы имеют высокую диэлектрическую проницаемость (ε_Д ≈35…40), низкий температурный уход частоты и обеспечивают добротность резонансных элементов около 1…3 тыс. ед. Гетеродин Г1 настроен на частоту 9,75 ГГц, гетеродин Г2 – на частоту 10,6 ГГц. Напряжение питания на требуемый гетеродин поступает с ПН через ЭК2 под действием управляющего сигнала (в виде меандра) с частотой 22 кГц. При нулевой амплитуде этого сигнала включается Г1 и осуществляется преобразование входных сигналов нижнего поддиапазона 10,7...11,9 ГГц в полосу 0,95...2,15 ГГц. При подаче управляющего сигнала 22 кГц с амплитудой 0,7 В включается Г2 и осуществляется преобразование сигналов верхнего поддиапазона частот 11,5...12,75 ГГц в ту же полосу первой ПЧ (рисунок 3.3). Преобразованные на ПЧ сигналы усиливаются на 30…35 дБ в многокаскадном УПЧ на микросхеме и поступают через разделительный конденсатор С1 на выход конвертора. Питание на УПЧ подается от ПН, в котором требуемое напряжение (5 В) получается из напряжений 13 или 17 В.

Рисунок 3.3 – Схема преобразования частот в область спутниковой ПЧ

Таким образом, в полнодиапазонном конверторе входные сигналы спутниковых каналов в полосе частот Δf_ВХ = 12,75–10,7=2,05 ГГц селектируются по поляризации и поддиапазонам частот и переносятся в полосу первой ПЧ Δf_ВЫХ = 2,15–0,95 = 1,2 ГГц. При частотном разносе между несущими спутниковых каналов 40 МГц в пределах полосы Δf_ВЫХ = 1,2 ГГц можно разместить 30 несущих и передать в цифровом формате 180…270 ТВ-программ (6−9 программ на несущей канала).

Общее усиление полнодиапазонного универсального конвертора КРК обычно превышает 50дБ и выбирается разработчиками с учетом потерь в соединительном кабеле при условии обеспечения требуемого уровня сигнала навходе ЦПСВ. Возможная величина потерь в кабеле определяется не толькоусилением конвертора, но и его шумовыми характеристиками и следующими заним устройствами (см. рисунок 3.1).Наличие этих устройств приводит к изменению значения ЭШТ конвертора

, К (3.2)

на величину

, К (3.3)

где n_Ш.К. – коэффициент шума тюнера, дБ.