Спутниковый конвертер. Устройство конвертера.

Устройство спутникового конвертера

(устройство и принцип работы конвертера
для офсетной спутниковой антенны)

При настройке спутниковой антенны, во время установки конвертера на его держатель, наверно нет такого человека, который, не задавал сам себе этот вопрос, «А что у него внутри?», или «Как он устроен?». В этой статье, я хочу рассказать об устройстве двух моделей спутниковых конвертеров, а так же, пояснить основной принцип их работы.

Современная спутниковая промышленность выпускает достаточное множество моделей конвертеров, различающихся как по внешнему виду, так и по своей конструкции. Здесь, пойдет рассказ о двух типах спутниковых конвертеров различных по виду поляризации сигнала.

Для примера, мы возьмем два спутниковых конвертера, линейной и круговой поляризации, достаточно популярного немецкого производителя » Golden Interstar » ( Фото 1 и Фото 2 ). Эти две модели конвертеров, предназначены для установки на офсетную спутниковую антенну (антенну со смещеным фокусом).

По своему внешнему виду, эти два типа конвертеров различных по виду поляризации сигнала, ни чем не отличаются, ну разве что маркировкой на их корпусе.

Для того чтобы нам было легче понять, как работает спутниковый конвертер, и тем более, если учитывать что сам конвертер это неотъемлемая часть спутниковой антенны, давайте вкратце, вспомним как она работает.

Электромагнитные радиоволны (радиосигнал), со спутника, падают на сферическое зеркало спутниковой антенны ( Рис. 1 ). Учитывая, что любой направленный электромагнитный радиосигнал, имеет свойство отражаться от металлической поверхности, то этот радиосигнал, меняет свое направление по известному всем закону — «угол падения равен углу отражения».

Так как, форма спутниковой антенны сферическая, сигнал, падая на полезную площадь ее зеркала, отражается только в одном направлении, образуя в определенном месте, своеобразный пучок этого сигнала. Выражаясь другими словами, отраженный от зеркала спутниковой антенны радиосигнал, «фокусируется» в одной точке.

В «фокусе», излучаемой спутниковой антенной пучка радиоволн, устанавливается специальное приемное устройство, то есть, сам спутниковый конвертер. Вот на этот конвертер, точнее сказать на его облучатель, и падает узкий пучок электромагнитного радиосигнала.

Теперь, давайте разберем один из выше упомянутых конвертеров, и рассмотрим что там у него внутри. Для этого, снимем пластмассовый корпус, защищающий конвертер от нежелательных воздействий внешней среды, от пыли, дождя, снега, и т. д. ( Фото. 3 и Фото. 4 ).

По своему внешнему виду, «раздетый» спутниковый конвертер некоторым образом напоминал детскую дудку, или клаксон от старого автомобиля .

Теперь, давайте рассмотрим основные составляющие этого спутникового конвертера, и заглянем внутрь его металлического корпуса.

Конвектор для спутниковой антенны устройство

Спутниковый конвертер (LNB, Low Noise Block) — это устройство, которое предназначено для приема спутникового сигнала, его преобразования и передачи по кабелю в спутниковый приемник (ресивер). Конвертер Ku диапазона для офсетной антенны конструктивно выполнен в виде моноблока, т.е. облучатель, волновод, электронная плата соединены в одно целое.

Внешний вид конвертера:

Конвертер без пластикового корпуса.

Под пластиковым корпусом — алюминиевый облучатель, волновод и корпус для электронной платы. Конструктивно это все объединено в единое целое. Металлическая крышка, закрывающая плату, залита эластичным герметиком по краям для защиты электроники от влаги. После снятия верхней крышки видим печатную плату и металлическую конструкцию на ней.

Это экран для СВЧ тракта. В нем также располагаются камеры для двух объемных резонаторов гетеродина (один частотой 9.75 ГГц второй 10.6 ГГц) с подстроечными винтами. Подкручивая винт меняется объем камеры и как следствие частоты гетеродина, что позволяет сдвинуть промежуточную частоту сигнала на выходе конвертера в небольших пределах.

Структурная схема универсального спутникового конвертера Ku диапазона с одним выходом показана на рисунке:

В универсальном конвертере имеется два приемных штыря, расположенных под 90 градусов относительно друг друга (для горизонтальной и вертикальной поляризаций). Сигнал с приемного штыря поступает на первый усилительный каскад, затем на буферный усилитель, с выхода которого идет на смеситель. В смеситель также подается сигнал от одного из генераторов (10.6 ГГц или 9.75 ГГц в зависимости от того, какой диапазон выбран), в результате чего частота принимаемого сигнала понижается до диапазона 950 — 2150 МГц. После смесителя сигнал подается на последний усилитель — усилитель промежуточной частоты (ПЧ). Переключение поляризаций и гетеродинов выполняет контроллер управления.

Преобразование частоты в спутниковом конвертере основано на принципе работы гетеродинного приемника и состоит в следующем. Если взять два гармонических колебания с различной частотой (cos (ω 1) и cos(ω 2)) и сложить их, в результате получится сумма двух гармонических колебаний с частотой cos(ω₁ + ω 2) и cos(ω₁ — ω 2). Это следует из тригонометрической формулы произведения косинусов

Например если частота принимаемого сигнала со спутника 11900 МГц, то при сложении его с сигналом гетеродина частотой 10600 МГц мы получим на выходе смесителя сигналы с частотой 11900 — 10600 = 1300 МГц и 11900 + 10600 = 22500 МГц. Сигнал с частотой 22500 МГц отфильтруется в усилителе промежуточной частоты (поскольку у него полоса пропускания до 3 ГГц), который находится за смесителем. В итоге останется только сигнал с частотой 1300 МГц, который и будет передан в спутниковый ресивер по кабелю.

Рассмотрим более детально печатную плату конвертера:

Первый усилительный каскад, к которому подключен приемный штырь, выполнен на арсенид-галлиевом (GaAs) транзисторе. Даташит на этот транзистор мне найти не удалось. Но поскольку частота усиливаемого сигнала порядка 12 ГГц, рабочая частота этого транзистора находится в этих пределах. Второй усилительный каскад а также смеситель выполнены на полевых N-канальных (HJ — FET) ВЧ транзисторах NE3503M04 в корпусе M04 с маркировкой V75.Транзистор имеет низкий уровень шума (0.35-0.45 дБ в диапазоне 2-12 ГГц), коэффициент усиления 21-12 дБ в диапазоне 2-12 ГГц. Генераторы выполнены на биполярных NPN ВЧ транзисторах 2SC5508 в корпусе M04 с маркировкой T79. Уровень шума — 0.78-1.9 дБ, коэффициент усиления 21.4-15.8 дБ в диапазоне 0.8-2.5 ГГц. Предельная частота транзистора (f_T) 25 ГГц. Усилитель промежуточной частоты выполнен на MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) микросхеме BGA2712 в корпусе SOT363 с маркировкой E2. BGA2712 — это широкополосный усилитель с внутренними согласующими цепями. Граничная частота 3.2 ГГц, коэффициент усиления 21 дБ в диапазоне до 2.6 ГГц. Выходная мощность 5 дБм на частоте 1 ГГц. Хорошая линейность. Поскольку мощность данной микросхемы относительно небольшая, на выходе стоит ВЧ биполярный NPN транзистор BFG520 в корпусе SOT343N с маркировкой N48. Предельная частота (f_T) 9 ГГц, усиление на частоте 1 ГГц — 15 дБ, максимальный уровень шума — 1.6дБ,

Где можно использовать детали из конвертера.

В спутниковом конвертере применяются детали (транзисторы, усилители) с довольно неплохими параметрами. Транзисторы с подобными характеристиками не всегда есть в наличии в радиомагазинах, а если и есть, то цена на них как правило высока. Стоимость самого дешевого спутникового конвертера составляет порядка 1.5-2$. За эти деньги Вы получаете 2 арсенид-галлиевых транзистора, 3 ВЧ биполярника и 2 ВЧ полевика (не считая широкополосного усилителя и обвязки из SMD резисторов и конденсаторов). Транзисторы 2SC5508 я использовал в радиомаячке на 430 МГц. Микросхему BGA2712 с NE3503M04 можно применить в антенном усилителе дециметрового диапазона. Для лучшего усиления можно оставить родную печатную плату, удалив гетеродины а также канал горизонтальной поляризации (чтобы можно было запитать усилитель от 12В блока питания, т.к. для включения приемного канала горизонтальной поляризации нужно подать 18 Вольт). При этом сигнал с антенны нужно подать на приемный штырь, а снимать с выхода конвертера. Радиолюбители с форума cqham.ru успешно переделывали спутниковый конвертер в передатчик на 10-12 ГГц.

Список литературы по данной тематике

2. Корякин-Черняк C. Л. Справочник по ремонту и настройке спутникового оборудования 2010.
Устройство и схемотехника спутникового приемного комплекта. Часть 4 — Конвертер

Конвертеры для спутниковых антенн

Мало кто знает: первый Простейший Спутник 4-го октября сошел с носителя, мало отличавшегося от межконтинентальной баллистической ракеты. Новое изделие было производным мощного оружия, при помощи которого Н. Хрущев хотел показать Кузькину мать врагам социализма. Американцы были напуганы полетом Гагарина, немедленно отправили экспедицию, застолбившую Луну, где на обратной стороне находятся базы инопланетян. Шутки шутками, гонка вооружений зашла далеко, вскоре космос стал напичкан шпионскими летательными аппаратами. Чтобы спутники не мешали работе друг друга, было решено ввести единые стандарты, по территориальному признаку, назначению. Сегодня рассмотрим, как конвертеры для спутниковых антенн поддерживают требования стандартов, зачем это нужно.

Деление конвертеров частотное

1977 год отмечен собранием международной конференции, принявшей правила систематизации спутниковой активности. Естественно, процедуре предшествовали многочисленные исследования со стороны участников. Изучалось прохождение волнами различной длины атмосферы. Шутка, пробить воздух до почвы из космоса! Геостационарные спутники парят не так низко над Землей. Почему парят? Земля вертится неустанно, чтобы движение компенсировать, спутнику приходится двигаться вослед орбите. Скорость огромна, поскольку за 24 часа, должен сделать полный оборот.

Радиус Земли составляет примерно 6370 км. Форма планеты не круглая, даже не эллиптическая. Специалисты говорят: больше напоминает грушу, сужающуюся к Северному полюсу, подходящего тела геометрии попросту лишена. Считается, формой земли является геоид. Сейчас приведем значение радиуса орбиты, понимайте, отсчет ведется от условного центра земли, находящегося на пересечении плоскости экватора и оси, соединяющей оба географических полюса. Центр массы планеты находится в другом месте, не стоит путать географические полюсы с магнитными (указываемыми компасом).

Чтобы спутник начал вращаться вокруг Земли, необходимо сообщить объекту Первую космическую скорость. По орбите аппарат должен двигаться, отрабатывая угловую скорость вращения планеты. Совершать один оборот каждые 24 часа (23 часа 56 минут). Умные головы подсчитали: радиус орбиты должен составлять 42160 км при высоте над уровнем моря порядка 35790 км. Поскольку Земля вращается вокруг оси, проходящей через полюсы, возможна единственная орбита геостационарных спутников. Расположена строго над экватором. Чтобы придать неподвижность относительно Земли спутнику на другой орбите, придется постоянно прикладывать большие усилия, тратить сонм ресурсов.

Сказанное не значит, что космические аппараты, висящие над экватором на высоте 35790 км, лишены человеческого внимания. Специальные станции постоянно отслеживают положение, ориентацию спутников, внося при необходимости коррективы в движение. Поправки столь малы, что топлива хватает на долгие годы работы космического аппарата. Теперь знаем, почему тарелки Северного полушарии осматривают юг. Не строго по меридиану, но в направлении экватора.

Поскольку нулевой меридиан проходит через ось пассажного прибора Гринвичской обсерватории, находящейся на территории Великобритании, Россия лежит в Восточном полушарии. Список спутников, вещающих на этом пространстве, приведен Википедией. Не все будут видны из произвольной точки земной поверхности одновременно, выбирайте провайдера с аккуратностью. В противном случае телевизор посмотреть не удастся.

Зачем конвертер спутниковой антенне

Итак, выбран спутник, видный над горизонтом в точке установки антенны, пришло время посмотреть телевизор. Комиссия, собравшаяся в 1977 году, разбила диапазоны вещания поддиапазонами. Приводим неполный перечень:

1. L: 1,4 – 1,7 ГГц.
2. S: 1,9 – 2,7 ГГц.
3. С: 3,4 – 7 ГГц.
4. Х: 7,25 – 8,4 ГГц.
5. Кu: 10,7 – 14,8 ГГц.
6. Ка: 15,4 – 30,2 ГГц.
7. К: 84 – 86 ГГц.

Некоторые частоты задействованы военными. Телевещание использует диапазоны С, Ku, причем в Европе задействован преимущественно второй, на территории России встретим оба. Поэтому первое, что скажем о конвертерах спутниковых антенн — бывают разных диапазонов. Касается геометрических размеров. Необходимо отметить: тарелки разных диапазонов имеют неодинаковый диаметр (идеально). Длина волны меньше (выше частота), скромнее габариты спутниковой антенны. Вызвано особенностями фокусировки электромагнитных волн параболоидами (форма тарелки).

Магазинами продается полный комплект: спутниковая антенна плюс конвертер, находится немало любителей объять необъятное, пытающихся поставить рядом два неоднородных устройства приема радиоволн. Кратко опишем причину. Висит два спутника, один вещает в диапазоне С, другой — Ku. Используя опыт применения тороидальной антенны, любители размещают два конвертера нужным образом, чтобы каждый принимал сигнал с одной точки небосвода, расположившей упомянутые космические аппараты.

Тарелка направляется на экватор. Критерием служит максимум сигнала спутника на выходе. Каждый конвертер подстраивается нужным образом. Перемещаются вдоль направляющей относительно тарелки, пока не будет достигнут уверенный прием. Если не совпадает угол линейной поляризации (НТВ мимо), производится поворот конвертера спутниковой антенны должным образом. Для круговой поляризации ориентация конвертера относительно собственной оси значения не имеет.

Для осуществления операций используются специальные приборы (Satellite Finder), снимающие сигнал тарелки, оценивающие прием. Принятая информация обоих конвертеров суммируется согласующими устройствами, подается на вход детектора. Экран отображает таблицу спутников, можно получить сведения по принятому сигналу каждого. При необходимости база пополняется собственными настройками.

Конвертер для спутниковой антенны — устройство приема электромагнитного сигнала, излученного спутником. Тарелка послужит целям фокусировки волн на вход конвертера. Достигается максимум амплитуды электромагнитного поля в этом месте. Установка двух конвертеров для спутниковой антенны на одну тарелку основывается на том, что лучи, пришедшие с одного направления, собираются фокальной плоскостью. Конвертер для спутниковой антенны смотрит прямо в центр тарелки, содержится упомянутой плоскости. А если один космический аппарат вещает разными частотами? Полки ломятся обилием совмещенных конвертеров обоих диапазонов.

При настройке антенны более чем на один спутник, помните не только о частотах. Выше вскользь упоминали: поляризация сигнала круговая или линейная, но как факт учитывается стороной конвертера? Гениальное просто. Разница ограничена небольшой деталью конструкции.

Конструкция конвертеров спутниковых антенн

Любой конвертер, независимо от частоты, типа поляризации характеризуется схожей конструкцией. Приведем основные детали:

• отрезок круглого волновода, один конец запаян наглухо, второй — послужит приему радиоволн;
• раструб открытого конца волновода для улучшения свойств направленности, согласования всех частот;
• электронный блок, через антенны которого принимается сигнал.

Конвертер представлен отрезком трубы, снабженным раструбом, небольшой металлической коробкой снизу, приделанной намертво. Антенны — штырьки, торчащие в глубине волновода. Конструкция покрыта пластиком, спереди круглая крышка, плотно запрессованная на раструб. Теперь поляризация.

Оказывается, устройство конвертера спутниковой антенны принимает всегда только линейную поляризацию. Если спутник излучает круговую, волновод дополняют пластиковой пластиной под углом 45 градусов к оси трубы. Достигается деполяризация. Любители заметили маленькую деталь, начали дорабатывать конструкцию согласно своим нуждам. Настройка конвертера спутниковой антенны на тип поляризации производится установкой/снятием диэлектрической пластины. Изготовить можно из пластиковой карты.

Становится возможным использование конвертеров в тороидальных антеннах. Просто пластина склоняется на 45 градусов в другую сторону (переотражение меняет круговую поляризацию противоположной). Чтобы открыть герметичную пластиковую крышку, обварят кипятком, после производится попытка снятия. Надевается обратно изделие без проблем. Перед проверкой конвертера спутниковой антенны на работоспособность, потрудитесь выверить угол установки обыкновенным транспортиром. В случае успешного исхода результат труда закрепим небольшим количеством герметика, имеющего адгезию к пластику, металлу.