w którym:
F
n
_ wspó³czynnik szumów n-tego stopnia,
G
n
_ wzmocnienie n-tego stopnia.
We wzorze tym korzysta siê z danych wyra¿o-
nych w mierze liniowej.
Poniewa¿ moc szumów na wejciu wynosi
N = F kTB
gdzie: TB _ moc szumów cieplnych na wejciu,
k _ sta³a Boltzmana, T _ temperatura,
B _ pasmo przenoszenia, wiêc minimalna
moc sygna³u na wejciu (czu³oæ) wynosi:
(C/N)
min
_ stosunek nonej do szumu, war-
toæ zale¿na od wymagañ detekcji.
Ze wzglêdu na budowê instalacji odbiorczej
mo¿emy przeanalizowaæ jej kilka wariantów.
Najprostszy wariant polega na bezporednim
po³¹czeniu promiennika z tunerem , za pomo-
c¹ kabla koncentrycznego (rys.1).
S
C
N
N
C
N
FkTB
min
min
min
=
⋅ =
⋅
te¿ przydatny do oceny jakoci transmisji cy-
frowych, choæ tu wiêksze znaczenie ma powi¹-
zana z nim BER (Bit Error Rate), czyli bitowa
stopa b³êdów. Odstêp mocy sygna³u od mo-
cy zak³óceñ i szumów C/(N+I+M) przek³ada siê
na wyjciow¹ jakoæ odbioru, rozumian¹ jako
odstêp mocy sygna³u u¿ytecznego od mocy
szumów S/N. Skoncentrujemy siê na odstêpie
mocy nonej od mocy szumów C/N, gdy¿ jest
on najwa¿niejszy dla odbioru. Dla u³atwienia
pominiemy szumy otoczenia.
W obu rodzajach transmisji (analogowej
i cyfrowej) jakoæ zale¿y od mocy odbieranej
i od poziomu szumów odbiornika. Zwiêksze-
nie mocy odbieranej mo¿liwe jest tylko przez
zwiêkszenie rednicy anteny odbiorczej.
Wp³yw rednicy anteny na jej zysk i odstêp
C/N
Zysk anteny jest okrelony wzorem:
w którym:
G
ant
_ zysk anteny, wielkoæ bezwymiarowa,
λ
_ d³ugoæ fali,
d _ rednica anteny,
υ
_ wspó³czynnik wykorzystania apertury,
zwiera siê w przedziale 0,5
÷
0,8, jest miar¹
nieidealnoci anteny,
f _ rednia czêstotliwoæ pracy anteny.
Mo¿na zysk odnieæ do anteny izotropowej
(pewna antena wzorcowa, odniesienia) i wy-
raziæ w mierze logarytmicznej
G [dBi] = 20 lg
π
+ 20 lg f + 20 lg d + 10 lg
υ
_
_ 20 lg 300 = 20 lg f + 20 lg d + 10 lg
υ
_ 39,6
Porównuj¹c zale¿noæ dla anten ró¿ni¹cych
siê tylko rednic¹, okazuje siê, ¿e zmienia siê
tylko sk³adnik 20 lg d. Dwukrotne zwiêkszenie
rednicy anteny powoduje zwiêkszenie zy-
sku, a tym samym odstêpu sygna³-szum o 6
dB. Zysk anten offsetowych i parabolicznych
zwi¹zany jest z kwadratem ich rednicy.
Wp³yw wypadkowego wspó³czynnika
szumów na odstêp C/N
Wiêkszy wp³yw na jakoæ obrazu mo¿na uzy-
skaæ optymalizuj¹c szumy. Wspó³czynnik szu-
mów F zale¿y pod wspó³czynnika szumów
uk³adu odbiorczego, a jego wypadkowa war-
toæ jest okrelana wzorem Frisa:
F F F
G
F
G G
F
G G
G
n
n
= +
+
+ +
1
2
1
3
1 2
1 2
1
1
1
1
_
_
...
_
...
_
G
d
d
df
ant
=
=
=
⋅
4
2
300 10
2
2
2
2
6
2
π
λ
υ
π
λ
υ
υ
Π
Jako uzupe³nienie
poprzednich artyku³ów
zamieszczonych
w ReAV nr 1, 2/2002
przedstawiamy
omówienie najwa¿niejszych
parametrów konwerterów
satelitarnych na przyk³adzie
kilku typów najczêciej
spotykanych w Polsce.
K
onwerter jest powszechnie stoso-
wanym urz¹dzeniem w instalacjach
do odbioru programów satelitar-
nych. Jak poprzednio wspomniano,
jest to jedyne, z technicznego i ekonomiczne-
go punktu widzenia, dopuszczalne rozwi¹zanie,
je¿eli chcemy by rolê po³¹czenia miêdzy ante-
n¹ a tunerem pe³ni³ kabel koncentryczny.
Analiza techniczna uk³adów
do odbioru satelitarnego
Na wstêpie spróbujemy rozwa¿yæ wp³yw nie-
których parametrów konwertera na jego budo-
wê i jakoæ odbioru.
Odbiór programów satelitarnych wyró¿nia kil-
ka cech:
q
czêstotliwoci w pasmach Ku, Ka wiêksze
od 10 GHz oraz w pasmach C, S wiêksze od
2 GHz,
q
ma³e poziomy gêstoci mocy, a co za
tym idzie ma³e poziomy mocy na wejciu
pierwszego stopnia urz¹dzeñ odbiorczych,
q
praca na tych samych czêstotliwociach
radiolinii naziemnych,
q
zak³ócenia pochodz¹ce z kosmosu, s³oñ-
ca i atmosfery ziemskiej,
q
zmiany t³umienia spowodowane opada-
mi deszczu.
Oznacza to, ¿e odbiór programów satelitar-
nych nie jest ³atwy, choæ w porównaniu do
odbioru transmisji naziemnych, brak jest wie-
lu niekorzystnych zjawisk, np. propagacji wie-
lodrogowej.
Oczywistym jest, ¿e kluczowym parametrem
dla odbioru jest odstêp mocy fali nonej od
mocy szumów i innych zak³óceñ. Jest on de-
finiowany jako odstêp mocy fali nonej od
szumów C/N, odstêp mocy nonej od interfe-
rencji C/I oraz odstêp mocy fali nonej od in-
termodulacji C/M. Parametr ten opisuje ja-
koæ odbioru transmisji analogowych, ale jest
Radioelektronik Audio-HiFi-Video 10/2002
PARAMETRY
KONWERTERÓW SATELITARNYCH
F
T
_ wspó³czynnik szumów tunera, np.
10 dB (F
2
= 10),
A
k1
_ t³umienie kabla po³¹czeniowego, np. 20
dB (pasmo C, 50 m YWD 75-1,0/4,8); 36 dB
(pasmo Ku, 50 m YWD 75-1,0/4,8).
Mo¿na obliczyæ:
Pasmo C
T³umienie kabla 20 dB (a wiêc 100)
wzmocnienie mocy kabla = 0,01
wspó³czynnik szumów kabla F1 = 1
a wiêc 29,5 dB.
Pasmo Ku
T³umienie kabla 36 dB (a wiêc 4000)
wzmocnienie mocy kabla = 0,25
.
10
-3
wspó³czynnik szumów kabla F1 = 1
a wiêc 45,6 dB.
Widzimy, ¿e w tym przypadku wspó³czynnik
F F F
G
= +
= +
−
=
1
2
1
3
1 1 10 1
0 25 10
36001
_
,
_
F F F
G
= +
= +
− = +
=
1
2
1
1 1 10 1
0 01
1 900 901
_
,
Rys. 1. Promiennik po³¹czony kablem z tunerem
Tuner
F
T
G
k
=1/A
K1
Kabel koncentryczny
Promiennik
Antena
(1)
25
wspó³czynnikiem szumów 0,4 dB. Jednak¿e
warto poczekaæ na potwierdzenie wartoci
tego parametru, gdy¿ w przesz³oci zdarza³y
siê mistyfikacje. W ka¿dym razie, zbli¿amy
siê do fizycznej granicy obni¿ania poziomu
szumów, a dalsza poprawa tego parametru nie
bêdzie mia³a tak du¿ego wp³ywu na jakoæ
odbioru, jak to mia³o miejsce dotychczas, kie-
dy spadek wspó³czynnika szumów pozwoli³ na
ponad dwukrotne zmniejszenie rednicy ante-
ny, przy tym samym odstêpie sygna³-szum.
Niestety, przemiana czêstotliwoci niesie ze so-
b¹ tak¿e negatywne zjawiska, gdy¿ jej niepo-
¿¹dane produkty mog¹ zak³ócaæ pasmo,
w którym ulokowane s¹ programy telewizyjne.
Problem ten nie dotyczy pasma C, natomiast
jest dokuczliwy w pamie Ku (rys. 4).
W typowym przypadku, gdy tor satelitarny
i tor naziemny s¹ rozdzielone, zak³ócenia nie
s¹ k³opotliwe, ale kiedy przesy³amy oba sygna-
³y tym samym kablem, co ma miejsce gdy
u¿ywamy zwrotnic satelitarnych lub multi-
switch
,
y, mo¿e to wywo³aæ zak³ócenia pro-
gramów naziemnych. Dotyczy to zw³aszcza
pasma IV i V, natomiast praktycznie nie wystê-
puje w pasmach I, II oraz III. Dlatego jest nie-
zmiernie wa¿ne by konwertery mia³y filtr gór-
noprzepustowy na wyjciu oraz by fitr mia³
du¿¹ stromoæ charakterystyki t³umienia w pa-
smie przejciowym od 862 do 950 MHz.
Podobnie sytuacja wygl¹da ze zwrotnicami sa-
telitarnymi (a cile telewizyjno-satelitarnymi),
gdzie krytyczn¹ spraw¹ jest stromoæ zbocz
i wielkoæ t³umienia filtru górnoprzepustowego
na wejciu satelitarnym.
K¹t skrêcenia
polaryzacji
Kolejnym aspektem jest prawid³owe ustawie-
nie konwertera. O ile jasne jest, ¿e antena
musi byæ precyzyjnie skierowana, to wielu
u¿ytkowników nie zdaje sobie sprawy, ¿e ze
wzglêdu na kulistoæ Ziemi do odbioru sy-
gna³ów o polaryzacji liniowej nie wystarczy
umieszczenie konwertera prostopadle do po-
wierzchni ziemi. Dobry odbiór wymaga, aby
sonda konwertera modu by³a ustawiona rów-
nolegle do p³aszczyzny fali.
W ³¹cznoci satelitarnej polaryzacjê definiuje-
my jako pionow¹, jeli p³aszczyzna fali jest rów-
noleg³a do po³udnika, a poziom¹ jeli p³a-
szczyzna jest równoleg³a do równole¿nika.
Punktem odniesienia jest punkt podsatelitar-
ny (rys. 5). Punkt podsatelitarny jest to miejsce
Radioelektronik Audio-HiFi-Video 10/2002
szumów uk³adu odbiorczego zwiêksza siê
w zwi¹zku z t³umieniem kabla, czyli F>>F
T
. In-
aczej: odstêp nona-szum pogarsza siê ze
wzglêdu na znaczne st³umienie sygna³u u¿y-
tecznego, który dociera do wejcia tunera.
Nale¿y te¿ zwróciæ uwagê, ¿e podana wartoæ
t³umienia w pamie Ku jest wyliczana teore-
tycznie wed³ug podanego wzoru, praktycz-
nie powy¿ej pewnej granicy, t³umienie ronie
gwa³townie i tym samym otrzymane wyniki
bêd¹ bardziej niekorzystne.
Warto te¿ spróbowaæ skompensowaæ t³umie-
nie kabla poprzez zainstalowanie
przedwzmacniacza niskoszumowego oraz
przesun¹æ odbierane pasmo w stronê ni¿-
szych czêstotliwoci, dla których t³umienie ka-
bla jest mniejsze (rys. 2).
F
LNB
_ wspó³czynnik szumów wzmacniacza
i stopnia przemiany, np. 1 dB,
G
LNB
_ wzmocnienie wzmacniacza i prze-
miennika, np. 50 dB,
A
K1
_ t³umienie kabla na czêstotliwoci
f
1
= 11,7/4 GHz, np. 36/20 dB,
A
K2
_ t³umienie kabla na czêstotliwoci
f
2
= 1,55 GHz, np. 12 dB (50 m YWD
75-1,0/4,8).
Pasmo K
u
Pasmo C
Dziêki temu, niezale¿nie od czêstotliwoci
odbieranej, w torze ³¹cz¹cym konwerter z tu-
nerem wykorzystujemy zawsze to samo pa-
smo czêstotliwoci. Zawiera siê ono
w przedziale od 950-2150 MHz.
Znacznie mniejsze t³umienie kabla powodu-
je i¿ G
LNB
. G
K2
>>1, dziêki czemu wp³yw
t³umienia kabla oraz szumów tunera jest po-
mijalny, a o wypadkowym wspó³czynniku
szumów decyduje pierwszy stopieñ wzmac-
niacza. W zwi¹zku z tym konwerter powi-
nien mieæ ma³y wspó³czynnik szumów i du-
¿e wzmocnienie. Niestety, du¿e wzmocnienie
wymaga wzmacniacza o bardzo du¿ym po-
ziomie wyjciowym, co nie jest ³atwe do uzy-
F
F
dB
=
+
⋅
⋅
≈
≈
126
10 1
10 6 4 10
126
1
5
2
,
_
,
, ;
_
F
F
dB
=
+
⋅
⋅
≈
≈
126
10 1
10 6 4 10
126
1
5
2
,
_
,
, ;
_
F F
F
G
G
A
A
f
f
LNB
T
LNB
K
k
k
=
+
⋅
<
<
_
,
,
1
2
2
1
2
1
skania w uk³adach wielkiej czêstotliwoci
i podra¿a jego koszty. Na dodatek, przy ka-
blu o ma³ej d³ugoci mo¿na przesterowaæ
g³owicê tunera. Praktycznie optymalne
wzmocnienie wynosi 45
÷
65 dB.
Typowe kable klasy YWD 75-1,0/4,8 (RG6
lub podobne) o t³umieniu oko³o 20 dB/100
m przy 950 MHz i 28 dB przy 2150 MHz, za-
pewniaj¹ poprawny odbiór przy d³ugoci oko-
³o 80 m.Takie rozwi¹zanie daje niezale¿noæ
od odbieranej czêstotliwoci przy okazji stan-
daryzuj¹c odbiornik, gdy¿ wystarczy by by³
przystosowany do odbioru czêstotliwoci z za-
kresu pierwszej czêstotliwoci poredniej,
upraszcza i czyni tañsz¹ budowê odbiorni-
ków, a co najwa¿niejsze, poprawia odstêp
sygna³-szum i upraszcza monta¿. Mo¿na po-
wiedzieæ, ¿e konwerter jest blokiem przemia-
ny pierwszej poredniej czêstotliwoci sateli-
tarnej i pierwszym stopniem wzmacniacza.
Warto zwróciæ uwagê, i¿ taka budowa konwer-
tera powoduje, i¿ instalacja dodatkowego
wzmacniacza pomiêdzy konwerterem a tu-
nerem nie poprawi jakoci odbioru, a na doda-
tek mo¿e dojæ do przesterowania tego
wzmacniacza lub samego tunera. W takim
wypadku efekt bêdzie odwrotny do zamie-
rzonego, nast¹pi pogorszenie jakoci odbioru.
Zastosowanie dodatkowe wzmacniacza ma
sens jedynie przy bardzo d³ugich kablach po-
³¹czeniowych, przekraczaj¹cych 100 m, wte-
dy taki wzmacniacz s³u¿y do kompensacji
strat na tym kablu
W efekcie tego typowy konwerter wygl¹da
tak, jak przedstawiono na rys. 3, gdzie ozna-
czono:
F
T
_ wspó³czynnik szumów tunera, np.
10 dB,
A
K
_ t³umienie kabla na czêstotliwoci
1,55 GHz, np. 12 dB dla 50 metrów,
G
LNB
_ wzmocnienie wzmacniacza i prze-
miennika, np. 50
÷
60 dB,
F
LNB
_ wspó³czynnik szumów wzmacniacza
i przemiany, np. 0,7 dB.
Problemy zwi¹zane z odbiorem
satelitarnym
W ci¹gu ostatnich 20 lat wspó³czynnik szumów
konwertera zmniejszono z 8 dB do 0,7 dB
obecnie, przy czym pod koniec lat 80. wyno-
si³ 2 dB w konwerterach zbudowanych z ele-
mentów dyskretnych i 4 dB w konwerterach
wykonanych w technice scalonej. Ostatnio
pojawi³y siê konwertery z deklarowanym
Rys. 3. Schemat blokowy instalacji z konwerterem
Tuner
F
T
F
LNB
A
K2
G
LNB
Kabel koncentryczny
Promiennik
Antena
Tuner
F
T
G
LNB
A
K
F
LNB
Kabel koncentryczny
Promiennik
obrotowy A = 0,1 dB
magnetyczny A = 0,2
÷
0,3 dB
Antena
f
f
Polaryzator
Rys. 2. Promiennik z uk³adem przemiany czêstotliwoci i wzmacniaczem
26
nad którym jest zawieszony satelita. Mo¿na go
wyznaczyæ prowadz¹c prost¹ przechodz¹c¹
przez satelitê oraz rodek Ziemi. Punkt
w którym przecina ona powierzchniê Ziemi
nazywany jest w³anie punktem podsatelitar-
nym. W zwi¹zku z tym, w miejscu ró¿nym od
punktu podsatelitarnego, konwerter musi byæ
odchylony o tzw. k¹t skrêcenia polaryzacji fa-
li, który mo¿na obliczyæ lub odczytaæ z odpo-
wiednich tablic i wynosz¹cy na terenie Polski
kilka stopni. Prawid³owe ustawienie konwerte-
ra jest szczególnie wa¿ne przy odbiorze pro-
gramów nadawanych cyfrowo, gdy¿ tu bardzo
istotna jest separacja pomiêdzy polaryzacja-
mi. Na jej wp³yw ma tak¿e budowa polaryza-
tora, o czym mówi parametr zwany t³umieniem
niepo¿¹danej polaryzacji, czyli o ile s³absza jest
polaryzacja ortogonalna od po¿¹danej. By-
waj¹ satelity, których anteny s¹ wstêpnie prze-
krêcone, tak ¿e obie polaryzacje s¹ nieco od-
chylone ju¿ w punkcie podsatelitarnym.
Transmisja cyfrowa
Transmisja cyfrowa, pomimo i¿ ma mniejsze
wymagania odnonie stosunku S/N, co pozwa-
la na stosowanie mniejszych anten ni¿ w przy-
padku transmisji analogowych, to wymaga
wiêkszej sta³oci czêstotliwoci i mniejszych
szumów fazowych generatora lokalnego.
Modulacja QPSK polega na zmianach fazy,
jednak¿e w czasie przemiany czêstotliwoci,
do zmian fazy, które nios¹ informacjê binarn¹,
dodaj¹ siê przypadkowe fluktuacje fazy gene-
ratora (szumy fazowe). W efekcie wp³ywa to
na pogorszenie jakoci odbioru i wzrost liczby
b³êdów. W dawniej produkowanych konwer-
terach by³y one na tyle du¿e i¿ uniemo¿liwia-
³y odbiór transmisji cyfrowych. Wspó³czenie
produkowane konwertery maj¹ szumy fazowe
obni¿one i doskonale radz¹ sobie z modula-
cj¹ QPSK. Jednak¿e ze wzglêdu na rosn¹ce
wymagania oraz powstawanie instalacji z prze-
mian¹ w zakresie pierwszej poredniej czêsto-
tliwoci, bêdzie siê d¹¿yæ do zmniejszenia
wspó³czynnika szumów fazowych.
Zasilanie konwerterów
Konwertery s¹ zasilane napiêciem od 14 do
18 V, którego zmiana umo¿liwia wybór odbie-
ranej polaryzacji. W przypadku konwerterów
dual i quatro, napiêcie zasilania mo¿e siê
zmieniaæ w granicach od 12 V do 20 V, co po-
zwala na stosowanie typowych zasilaczy
12 V do 15 V. Nale¿y zauwa¿yæ, ¿e pobór pr¹-
du w przypadku konwerterów pojedynczych
jest rzêdu 100 mA, a w quatro i innych bardziej
z³o¿onych, powy¿ej 250 mA. Mo¿e to powo-
dowaæ przy d³ugich kablach nadmierny spadek
napiêcia, czego skutkiem bêdzie zbyt niskie
napiêcie zasilania konwertera i niemo¿noæ
r
TECHNIKA
RTV
Rys. 4. Rozk³ad
czêstotliwoci
w pasmie Ku
i telewizyjnym
Multiswitch
Multiswitch
Antena
a)
b)
c)
d)
Radioelektronik Audio-HiFi-Video 10/2002
Tuner
Tuner
Tuner
Tuner
Tuner
Tuner
Tuner
Rys. 5. Okrelanie punktu podsatelitarnego
Punkt
podsatelitarny
Punkt
podsatelitarny
Równole¿nik
Satelita
Satelita
Po³udnik
O ziemska
Równole¿nik
prze³¹czenia polaryzacji na poziom¹ lub nie-
stabiln¹ pracê konwertera. Problem ten najczê-
ciej wystêpuje przy kablach o stalowych ¿y-
³ach, które maj¹ wiêksz¹ rezystancjê dla pr¹-
du sta³ego wiêksz¹ 7-8 razy, ni¿ te o ¿y³ach
miedzianych. W przypadku nietypowych pro-
blemów z prac¹ konwertera, warto sprawdziæ
napiêcie zasilania konwertera, oczywicie pod
obci¹¿eniem.
Wp³yw warunków
atmosferycznych
Zabezpieczenie przed wp³ywem pogody jest
realizowane przez zamkniêcie uk³adu elektro-
nicznego konwertera w hermetycznej metalo-
wej obudowie z uszczelkami, która pe³ni te¿ ro-
lê zabezpieczenia przed oddzia³ywaniem ze-
wnêtrznych pól elektromagnetycznych. Meta-
lowa obudowa zamkniêta jest w obudowie
z tworzywa sztucznego, która zabezpiecza
przed uszkodzeniami mechanicznymi i bryzga-
mi wody. Na obudowie jest umieszczona
podzia³ka wyskalowana w stopniach, która
jest wykorzystywana w czasie regulacji kon-
wertera, przy uwzglêdnieniu k¹ta skrêcenia po-
laryzacji. Poza tym ten element obudowy
o rednicy 23 lub 40 mm s³u¿y do mocowania
konwertera. Trzeba zauwa¿yæ, ¿e produkowa-
ne konwertery maj¹ zbli¿one parametry elek-
tryczne i budowê mechaniczn¹.
Typowa instalacja sk³ada siê z: anteny sateli-
tarnej, zazwyczaj offsetowej, konwertera,
uchwytu mocuj¹cego antenê do ciany, kabla
koncentrycznego, tunera. Czasem stosuje siê
te¿ satelitarne gniazdo antenowe oraz prze-
³¹cznik konwerterów pozwalaj¹cy na pod³¹-
czenie wiêcej ni¿ jednego konwertera. Warto
zastosowaæ tak¿e os³onkê na z³¹cze F w kon-
werterze.
Na rysunku 6 przedstawiono schematy blo-
kowe prostych oraz rozbudowanych instala-
cji satelitarnych z konwerterami ró¿nych ro-
dzajów.
Ustawienie anteny mo¿e byæ dokonane z wy-
korzystaniem miernika poziomu, który pozwa-
la na precyzyjne ustawienie anteny na maksy-
malny poziom sygna³u i na maksymalne t³u-
mienie przes³uchów miêdzy polaryzacjami.
Niestety, jest to doæ drogie urz¹dzenie zw³a-
szcza je¿eli ma analizator widma i mo¿liwoæ
pomiaru BER. Instalacje indywidualne mog¹
byæ te¿ uruchamiane z wykorzystaniem pro-
stego wskanika poziomu. To urz¹dzenie ma
szerokopasmowy detektor, który pokazuje
redni poziom sygna³u ca³ej grupy transpon-
derów. To umo¿liwia ustawienie anteny, choæ
nie pozwala na ocenê odstêpu sygna³-szum.
Zalet¹ tego urz¹dzenia jest niska cena i dobra
dostêpnoæ w ca³ym kraju.
W nastêpnym artykule, który wkrótce opub-
likujemy znajdzie siê przegl¹d konwerterów
dostêpnych na naszym rynku, wraz z ich wa¿-
niejszymi parametrami.
n
Pawe³ Król
Rys. 6. Schematy pogl¹dowe instalacji
satelitarnych
a _ z konwerterem fullband lub onoblock,
b _ z konwerterem twin,
c _ z konwerterem quad,
d _ z konwerterem quatro