Что такое поляризация конвектора

КАК ВЫБРАТЬ СПУТНИКОВЫЙ КОНВЕРТЕР ?

Предыдущая статья рассказывала о том, как выбрать спутниковую антенну. В этой статье мы попробуем сориентировать будущего владельца спутниковой приемной системы в выборе еще одного ее компонента — спутникового конвертера. А. Бителева

Для тех, кто впервые столкнулся с областью спутникового телевидения, проясним вопрос о функциях конвертера в приемной системе.
Для этого надо вспомнить курс элементарной физики, а именно раздел о распространении электромагнитных волн. Полистав учебник, можно выяснить, что чем меньше длина волны, тем больше ее затухание в кабеле. Спутниковые же телевизионные трансляции передаются на очень коротких, сантиметровых, волнах. На сегодняшний день для этой цели используются два диапазона. Ku-диапазон занимает область от 10.7 до 12.75 ГГц, а С-диапазон ограничен полосой 3.5 — 4.2 ГГц. На таких частотах электромагнитная волна, способная преодолеть 36 000 км от спутника до антенны на вашем доме, моментально затухает в кабеле. Поэтому одна из функций конвертера — преобразование спутниковой частоты в более низкую, так называемую промежуточную частоту. По принятому стандарту, спектр промежуточной частоты занимает диапазон 900 — 2150 МГц. Именно такие частоты поступают по кабелю на СВЧ-вход спутникового ресивера.
Для снижения принятого частотного спектра в конвертер встраиваются один или два гетеродина — стабилизированных источника высокой частоты. Снижение входной частоты происходит за счет вычитания из нее частоты гетеродина.
Существует еще одна проблема. Сигнал со спутника принимается с исчезающе малой мощностью, совершенно неприемлемой в трактах приемного оборудования. Поэтому второй, не менее важной, функцией конвертера является усиление принятого сигнала. Правда, конвертер усиливает не только полезный сигнал, но и приходящие с ним шумы. Кроме того, как и любой другой электронный прибор, он сам добавляет некоторый уровень шума. Отметим, что в англоязычной литературе конвертеры обозначаются аббревиатурой LNB (Low Noise Block), подчеркивающей, что низкий уровень шума — неотъемлемая черта любого конвертера.
В приемном тракте между антенной и конвертером существуют еще два звена — облучатель и поляризатор. Они монтируются с конвертером в единую конструкцию и размещаются в фокусе антенны. Облучатель устанавливается для более полного использования поверхности зеркала и реализации максимального коэффициента усиления антенны. Поляризатор предназначен для выбора необходимого вида поляризации.
Конвертеры выпускаются отдельно, со встроенным поляризатором или конструктивно объединенные с поляризатором и облучателем. В первом случае конвертер заканчивается прямоугольным фланцем, во втором — круглым, а в третьем — разумеется, облучателем.
Последний вариант, как правило, встречается с офсетным облучателем. Это связано с тем, что подобные конструкции ориентированы на использование в индивидуальных системах с небольшими офсетными антеннами. При выборе облучателя или конвертера, совмещенного с облучателем, надо убедиться, что по форме он стыкуется с вашей антенной. Причем внимание надо обратить не только на тип антенны — офсетная или прямофокусная. Важен и такой параметр, как соотношение фокусного расстояния к диаметру антенны (F/D). У офсетных антенн этот параметр может принимать значения от 0.6 до 0.8. Для них выпускаются два типа облучателей с соотношением F/D 0.6 — 0.7 или 0.7 — 0.8. У прямофокусных антенн это соотношение колеблется в диапазоне 0.3 — 0.5. Для таких антенн иногда выпускаются облучатели, подстраиваемые под конкретное соотношение F/D. Лучше всего купить антенну прямо в комплекте с облучателем, так как в этом случае будет гарантирована их полная совместимость.
А что же влияет на выбор самого конвертера? Во-первых, диапазон частот, который вы планируете принимать. Большинство европейских спутников ведут вещание в Ku-диапазоне. К ним, в частности, относятся все спутники Astra, Eutelsat и спутники Thor, вещающие на скандинавские страны. В этом же диапазоне ведутся трансляции программ «НТВ-Плюс» со спутника Eutelsat W4. В С-диапазоне частично ведут вещание спутники Intelsat, российские «Экспрессы» и азиатские спутники Panamsat, Asiasat и Turksat.
Из трансляций С-диапазона для наших соотечественников, наверное, наиболее интересны могут быть передачи российских каналов со спутника «Экспресс-бА». Заметим, что прием тех же каналов со спутников «Горизонт» затруднен в силу их плохой стабилизации на орбите. Для приема с «Горизонтов» желательно иметь ресивер профессионального типа, оборудованный двухкоординатной следящей системой.

Однодиапазонный конвертер фирмы
Cambridge, совмещенный с облучателем

Основная масса конвертеров работает только с одним диапазоном (С- или Ku-). Выпускаемые С-диапазонные конвертеры в основном предназначены для профессионального приема. Это связано с тем, что в Америке и в Европе, где проектируется большая часть конвертеров, практически все трансляции для индивидуального приема ведутся в Ku-диапазоне. Существуют и С-диапазонные конвертеры для индивидуального приема, например с марками Astrx, California Amplifier, Gardiner. Часть моделей выпускается совмещенными с облучателем.
Что же касается непрофессиональных конвертеров для Ku-диапазона, то их на нашем рынке великое многообразие. Рассмотрим существующие варианты таких конвертеров. Во-первых, следует отметить, что ширина Ku-диапазона (2.05 ГГц) не позволяет одновременно конвертировать его в промежуточную частоту. С этой целью его разбивают на три поддиапазона — FSS (10.7-11.8 ГГц), DBS (11.8-12.5 ГГц) и Telecom (12.5-12.75 ГГц).
Конвертеры второго или третьего диапазона в большинстве случаев производятся для приема конкретных пакетов. Так, например, конвертеры Digicom DKF-101, предназначенные для приема «НТВ-Плюс», работают только в диапазоне DBS.
Но большинство выпускаемых конвертеров позволяют принять весь Ки-диапазон. В них устанавливаются два гетеродина, один для преобразования нижнего диапазона 10.7 — 11.8 ГГц, а другой — двух верхних диапазонов 11.8 — 12.75 ГГц. Переключение гетеродинов осуществляется сигналом, передаваемым с ресивера по тому же кабелю, по которому к нему поступает сигнал промежуточной частоты от конвертера. В старых конвертерах диапазоны переключались пороговым сигналом 13/18 В (с порогом переключения 15 ±0.2 В). В современных, так называемых «универсальных», конвертерах, диапазоны переключаются с помощью тонового сигнала 22 кГц. Сигнал 13/18 В используется в них для переключения поляризации.
Чем же отличаются универсальные конвертеры от других полнодиапазонных конвертеров Ku-диапазона? В основном универсальностью 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 случаев имеют в универсальных конвертерах значения соответственно 9.75 ГГц и 10.6 ГГц. Нетрудно догадаться, что подобная унификация может упростить процесс настройки ресивера на конвертер. Часто в экранном меню достаточно выбрать опцию «универсальный конвертер», чтобы при смене канала ресивер автоматически посылал конвертеру нужные управляющие сигналы.
В Москве и в Петербурге можно купить недорогие универсальные конвертеры марок Digicom, Strong, MTI и другие.
Желающие принимать трансляции в обоих диапазонах могут пойти тремя путями. Первый путь, наиболее хлопотный, — установить на антенне два конвертера, каждый со своим облучателем и поляризатором. При этом облучатель хотя бы одного конвертера окажется не совсем в фокусе антенны, что несколько снизит коэффициент направленного действия антенны. Второй путь — приобрести конструкцию, называемую С/Ku-ротором, включающую в себя облучатели для С- и Ku-диапазонов, разделяющие принимаемый поток на две части. С/Ku-роторы выпускаются совмещенными с электромеханическими поляризаторами. Эта конструкция удешевляет систему и упрощает процесс монтажа, но у нее есть серьезные минусы. Один из них — это ощутимые потери мощности сигналов Ku-диапазона; другой — частый выход из строя движущихся частей электромеханического поляризатора, особенно при низких температурах.
Третий путь, наименее трудоемкий, — установить совмещенный конвертер для приема С- и Ku-диапазонов. Такие конвертеры еще не получили распространения и пока уступают прочим по техническим характеристикам.
Теперь более подробно рассмотрим поляризатор — элемент, устанавливаемый между облучателем и конвертером. Для более эффективного использования частотного диапазона несущие волны передаются в поляризованном виде. Это позволяет удвоить число передаваемых программ. При настройке на частоту интересующего канала, надо одновременно выставить и нужную поляризацию. Различают линейный и круговой вид поляризации электромагнитной волны. В первом случае в результате поляризации образуются плоские вертикальные и горизонтальные волны, а во втором — круговые правые и левые. Поляризатор пропускает к конвертеру волны только одной выбранной поляризации. На европейских спутниках в основном используется линейная поляризация, а на российских — исключительно круговая.
Для приема круговых волн перед поляризатором устанавливается еще один элемент — деполяризатор, который преобразует круговую поляризацию в линейную. Вполне вероятно, что вам захочется принимать передачи обоих видов в линейной поляризации с европейских спутников и в круговой — с «НТВ-Плюс» со спутника Eutelsat W4. В этом случае можно обойтись и без деполяризатора. Правда, при этом вы будете проигрывать 3 дБ в уровне кругового сигнала, что соответствует увеличению требуемого диаметра антенны в 1.4 раза. Для трансляций с «НТВ-Плюс» это не критично, так как на территории России сигнал принимается на «тарелку» значительно меньшего диаметра, чем сигналы с любого европейского спутника.
Поляризаторы различаются еще и с точки зрения уровня дискретности изменения поляризации. В универсальных конвертерах плоскость поляризации дискретно меняется на 90°. Поляризаторы с магнитным управлением позволяют плавно изменять плоскость поляризации. Существуют еще поляризаторы, в которых поляризационный зонд передвигается механизмом. Для управления этим механизмом к поляризатору посылается последовательность импульсов, длина которых несет информацию о требуемом положении поляризатора. В таких поляризаторах плоскость поляризации меняется дискретно, но с небольшим шагом дискретизации.
Из-за наличия движущихся частей электромеханические поляризаторы менее надежны, чем магнитные. Кроме того, они требуют трех управляющих сигналов от ресивера, в то время как магнитным нужны только два.
Преимуществом же электромеханических поляризаторов перед магнитными являются несколько меньшие потери сигнала. Сейчас электромеханические поляризаторы используются в основном в С/Ku-роторах.
Потребность в плавном изменении поляризации возникает в системах, предназначенных для приема с нескольких спутников. Основная причина состоит в том, что поляризованные сигналы передаются с некоторых спутников не в строго вертикальной и горизонтальной плоскостях, а под определенным углом.
В западной Европе, где уровень спутниковых сигналов высок, для приема нескольких позиций используются системы с полярной антенной и универсальным конвертером. Антенна и конвертер в таких случаях выбираются так, чтобы компенсировать потери сигнала, возникающие в связи с несоответствием плоскостей сигнала и поляризатора. У нас еще несколько лет назад типичная система для приема нескольких спутниковых позиций включала полярную антенну и конвертер с магнитным поляризатором. Распространенный вариант для приема двух позиций представляла собой неподвижная антенна с двумя поляризаторами, установленными на ней под соответствующим углом. Облучатели конвертеров нацеливались немного мимо фокуса, так, чтобы на них собирались лучи с двух разных спутников. При небольшом отклонении от фокусной линии (до 5°) коэффициент направленного действия антенны снижается незначительно. На практике таким образом принимаются и спутниковые позиции, разнесенные больше, чем на 10°, например со спутника Eutelsat W4 (36° в.д.) и «тринадцатиградусников».

Однодиапазонный конвертер фирмы Grundig с круглым фланцем

Полнодиапазонный конвертер фирмы Grundig с прямоугольным фланцем

С-диапазонный конвертер фирмы California Amplifier

Универсальный конвертер Oxford

С появлением цифровых пакетов «НТВ-Плюс» распространение получила «западная» схема приема — полярная антенна плюс универсальный конвертер.
Это связано с двумя причинами. Во-первых, с высоким уровнем сигналов со спутника Eutelsat W4 по сравнению с уровнем сигналов, принимаемых с других спутников.
Во-вторых, с цифровым способом передачи большинства трансляций. Фазовая модуляция, применяемая для передачи цифровых потоков, оказалась чувствительной к преобразованиям, которые электромагнитная волна претерпевает в магнитом поляризаторе. Прием цифровых каналов системой с таким поляризатором может давать сбои.
Следует отметить, что фазовая модуляция налагает определенные требования и на выбор материала для деполяризационной пластины. Она должна быть изготовлена из сортов диэлектрика, специально предназначенных для работы с СВЧ-сигналами.
Если Вы все-таки решили установить у себя магнитный поляризатор, то вам придется отдельно приобрести конвертер с прямоугольным фланцем, магнитный поляризатор и облучатель. Конвертеров, объединенных с плавно подстраиваемыми поляризаторами, по нашим сведениям, в продаже нет.
При разводке сигнала на несколько квартир, удобно испльзовать Ku-диапазонный конвертер с двумя или четырьмя выходами. Как правило, они имеют встроенный поляризатор, управляемый напряжением 13/18 В. По характеру выходных сигналов такие конвертеры делятся на два типа. Конвертеры одного типа имеют два или четыре равноценных выхода с независимым переключением диапазонов и поляризации. Такие конвертеры годятся для разводки сигнала на 2-4 квартиры. При большем числе участников удобно использовать конвертеры второго типа. Если у такого конвертера два выхода, то на них выводятся соответственно сигналы вертикальной и горизонтальной поляризации, а если 4, то сигнал делится еще и по диапазонам.
Двухвыходные конвертеры такого типа удобно использовать, если вы планируете ограничиться приемом верхнего или нижнего поддиапазона. В таком случае на один СВЧ-вход ресивера подается горизонтальная поляризация, а на другой — вертикальная. Сигналы с четырехвыходных конвертеров второго типа используются в кабельных сетях или при организации небольших систем коллективного приема. В последнем случае сигналы с выходов конвертера подаются на входы свитчеров, для дальнейшей разводки по квартирам.
Следует отметить, что в системах коллективного приема предъявляются повышенные требования к такой существенной характеристике конвертера, как его коэффициент усиления (Кус). Эта величина измеряется в децибелах и в современных конвертерах колеблется от 50 дБ до 70 дБ. Конвертер с высоким коэффициентом усиления следует выбирать и в случае использования длинного кабеля, соединяющего выход конвертера и СВЧ-вход ресивера. Назовем конкретные цифры. Для систем индивидуального приема при длине кабеля до 30 м, как правило, достаточно усиления 46 дБ. Такое усиление обеспечивает любой современный конвертер. При разводке на 2 квартиры значение этого коэффициента должно быть увеличено на 4.5 дБ, на 3 квартиры — на 7 дБ, а на 4 квартиры — на 8.5 дБ. С другой стороны, если длина кабеля составляет более 30-40м, то конвертер, работающий на один приемник, должен иметь Кус с около 56 дБ, а если используется 100 м кабеля, то 63-65 дБ. Эти цифры, разумеется, приблизительны. Их конкретные значения зависят от ряда причин и, в первую очередь, от уровня затухания в кабеле.
Информация о коэффициенте усиления может приводиться в разной форме. Так как он неодинаков на разных участках частотного диапазона, то наиболее полную информацию можно получить из графика зависимости коэффициента усиления от частоты. Иногда зависимость Кус от частоты приводится в виде таблицы. У качественных конвертеров неравномерность Кус во всем частотном диапазоне составляет не больше 3 дБ. У более простых и, соответственно, дешевых, конвертеров Кус характеризуется одной цифрой. Обычно указывается минимальное или типовое (усредненное) значение этого коэффициента.
Для приема аналоговых трансляций важной характеристикой является коэффициент шума (Кш). Он характеризует уровень амплитудного шума, вносимого элементами конвертера. Если вспомнить, что основным параметром, определяющим качество сигнала на входе ресивера, является отношение сигнал/шум, то становится ясно, что шум конвертера оказывает сильное влияние на качество принимаемого сигнала. Другой вывод, который можно сделать, состоит в том, что чем ниже шум используемого конвертера, тем меньше может быть диаметр приемной антенны. То есть покупая более дорогой конвертер, вы можете сэкономить на стоимости антенны. Для конвертеров С-диапазона Кш указывается в градусах Кельвина (К). В современных моделях эта величина обычно лежит в диапазоне от 15К до 30К. У конвертеров Ku-диапазона Кш измеряется в децибелах и колеблется в пределах от 0.5 дБ до 1 дБ. Информация об этой характеристике предоставляется в тех же формах, что и о коэффициенте усиления, но с достоверностью значения Кш дело обстоит еще хуже, так как его измерения фирмами-изготовителями не всегда проводятся достаточно корректно.
Для приема цифровых каналов более важно обратить внимание на уровень фазового шума, так как именно он является основной причиной искажения конвертером цифрового сигнала. Фазовый шум складывается из случайных изменений фазы колебаний на выходе гетеродина конвертера. Он характеризуется понижением мощности сигнала гетеродина при заданном отступлении от центральной частоты. Так величина -75 дБ@10 кГц означает, что при отступлении от центральной частоты на 10 кГц мощность сигнала гетеродина снизится на 75 дБ. Для приема цифровых трансляций рекомендованы параметры не хуже следующих: -50 дБ@1 кГц, -75 дБ@10 кГц и -95 дБ@100 кГц.

Четырехвыходной универсальный конвертер фирмы Grundig

С/Ku ротор

При покупке конвертера полезно обратить внимание на его конструкцию. В идеале конвертеры должны быть герметичными. В противном случае за счет суточного колебания температуры внутри конвертера образуется конденсат, который приводит к ухудшению его параметров и в конечном итоге к выходу из строя. Высокий уровень герметичности достигается у конвертеров, помещенных в запаянный, неразборный корпус. Такие модели выпускает, например, фирма MTI. Минусом такой конструкции является невозможность ремонта конвертера. Справедливости ради следует отметить, что конвертеры указанной фирмы отличают хорошие комплектующие и качественная сборка, так что выходят из строя они достаточно редко.
Некоторые конвертеры изготавливаются в двойном кожухе — внутренний, металлический, кожух закрыт внешним, пластмассовым. Это приводит к тому, что большая часть конденсата выпадает между двумя оболочками и вытекает в предусмотренное для этого сливное отверстие.
Помимо недостаточной герметичности, встречаются и другие варианты конструктивных дефектов, например высокая повреждаемость при действии солнечных лучей или температурных перепадах. От таких подвохов при покупке застраховаться достаточно трудно.
В заключение отметим, что статья написана не с целью рекомендовать конкретные марки конвертеров определенным категориям покупателей, а с тем чтобы указать характеристики, существенные при выборе конвертера, обрисовать круг возможностей, открывающихся перед потенциальным покупателем, и тем самым подготовить его к более предметному разговору с продавцами спутникового оборудования.

Автор выражает благодарность сотруднику фирмы «Ланс» (г. Санкт-Петербург) И.А.Лукашеву за предоставленную информацию и консультации.

Страничка подготовлена с использованием материалов журнала ТелеСпутник.