Alapítva:
1997.05.17.
 Hírek  |  Műhold  |  TV  |  Rádió  |  Kábel-TV  |  DVB  |  TV-DX Klub  |  Bazár  |  Források 
Téma: Általános ismeretek
<< Tartalom

A MŰHOLDVÉTELRŐL ÁLTALÁBAN

Előzmények:

A műholdas műsorsugárzás alapjának tekinthető ötletet először Arthur C. Clarke írta le a Wireless World c. folyóiratban, 1945 októberében. A jelet egy égre "néző" antenna sugározza ki egy Föld körüli pályán keringő műhold felé. A jelet a műholdon elhelyezett ismétlőállomás veszi, és több-kevesebb elektronikus feldolgozás után visszasugározza a földfelszíni vevőállomások számára. E vevőállomások bárhol lehetnek a műhold által besugárzott területen, azaz a műhold "lábnyomában".

Geostacionárius pálya:

A hírközlési célokat szolgáló műholdak többsége ún. geostacionárius pályán kering, mintegy 35800 km magasságban az Egyenlítő felett. Ez a műholdpálya kitüntetett, mert az ott keringő műholdak együtt forognak a Földdel, ezért a földfelszínről mindig azonos helyzetben lévőnek látszanak.

Alapfogalmak:

A műholdas műsorátvivő rendszerek összetevői: a Föld-műhold (uplink) összeköttetés, valamint a műhold-földfelszíni vevőállomások közötti (downlink) összeköttetés. A műhold veszi a feléje sugárzott jelet, megváltoztatja a vivőfrekvenciát (keverés), és felerősítve a földfelszín kiválasztott részének irányába visszasugározza. A földi vevőállomásokon - a műholdtól való nagy távolság miatt a vétel helyére érve erősen lecsökkent (szétszórodott) jelteljesítmény összegyűjtésére - egy antennát helyeznek el. Az antenna által összegyűjtött jel feldolgozását részben a vevőnek az antennára épített elektronikus egysége végzi: ez az ún. külsőtéri egység. A vett jel a szükséges hosszúságú kábel közbeiktatásával az ún. beltéri egységbe jut, amely tovább csökkenti a vivőfrekvenciát, és a tv-készülék által feldolgozhatóvá alakítja.

Mikrohullámok:

A műholdas átvitelben a "hordozóeszköz" a mikrohullámú elektromágneses sugárzás. Valamennyi elektromágneses sugárzás (légüres térben) azonos sebességgel, fénysebességgel terjed. A frekvencia növekedésével a hullámhossz csökken. A mikrohullámok frekvenciája az 1-30 GHz-es tartományba esik, hullámhosszuk pedig 30 és 1 cm közé.

Miért a mikrohullámot alkalmazzák ?

- A nagyobb frekvenciájú elektromágneses hullámok potenciálisan nagyobb mennyiségű információt tudnak továbbítani, mivel a frekvencia növekedésével az információ átviteléhez szükséges sávszélesség a működési frekvencia egyre kisebb hányadává válik. Mivel a mikrohullámú sávban a kisebb frekvenciákhoz képest nagyobb sávszélességek állnak rendelkezésre, nagyobb csatornakapacitások is használhatók.

- A mikrohullámú sávban állnak rendelkezésre azok az élesen irányított antennák, amelyekkel a leghatékonyabban lehet a földi adók teljesítményét a parányinak látszó műhold felé továbbítani. Az elektromágneses hullámok ugyanis annál jobban fókuszálhatók, minél nagyobb az antenna mérete a hullámhosszhoz képest.

- A mikrohullámú összeköttetések kevésbé érzékenyek a légköri zavarokra, mint a kisebb frekvenciájú összeköttetések.

- A mikrohullámok fontos tulajdonsága, hogy át tudnak hatolni az atmoszféra felső rétegein. A 30 MHz alatti hullámok pl. visszaverődnek.

Polarizáció:

A szabad térben terjedő elktromágneses síkhullám terjedési iránya, az elektromos és mágneses térerősség (vektora) minden pillanatban merőlegesek egymásra. Polarizációs síknak nevezzük az elektromos tér síkját. Két egymásra merőleges (pl. vízszintes és függőleges) polarizációs síkú elektromágneses hullám az adás és vétel helyén megfelelő eszközökkel egymástól függetlenül létrehozható ill. szétválasztható. Két, egymástól negyed hullámhossznyira (lambda negyed) eltolt síkhullám összege ún. cirkuláris (forgó) polarizációra (körpolarizáció) vezet, amely lehet jobbra és balra forgó. A szembeforgó körpolarizált hullámok a merőleges síkhullámokhoz hasonlóan szétválaszthatók. E szétválaszthatóság az alapja annak, hogy az egyébként azonos hullámhosszúságú (frekvenciájú) merőleges síkhullámok vagy a szembeforgó körpolarizált hullámok különböző információk (pl. tv-műsorok) hordozói lehetnek.

Jelátvitel, moduláció:

Minden műholdon keresztül továbbítandó üzenetet rádióhullámok által továbbíthatóvá kell alakítani. Analóg a kódolás akkor, ha az üzenetet hordozó jel nagyságával pillanatról-pillanatra arányos feszültséget továbbítunk. Digitális kódolás esetén a 0 és 1 szimbólumok (számok) sorozatával történik az információátvitel. Jelenleg elsősorban analóg formában történnek a tv-adások, de a tökéletesebb minőségű átvitel igénye és az elektronika teljesítőképességének növekedése lassan elvezet a digitális moduláció szélesebb körű alkalmazásához. Az analóg vagy digitális jelekkel rádióhullámokat modulálnak: a kódolt üzenetet hordozóra ültetik. Az üzenetet hordozó vivőhullám már továbbítható. Egy vivőhullám legegyszerűbben a modulálójelnek megfelelő be- és kikapcsolgatással modulálható. Ezt az eljárást a morzetávíró rövid és hosszú jeleinek, ill. szüneteinek (kikapcsolás) átvitelére használják. A moduláció másik közismert módja az amplitúdómoduláció (AM) és a frekvenciamoduláció (FM), mindkettőt kiterjedten alkalmazzák a műsorszórásban. Az amplitúdómoduláció a vivőhullám nagyságát változtatja az átvinni kívánt üzenetet hordozó jel pillanatnyi nagyságának megfelelően. A frekvenciamoduláció a vivőhullám frekvenciáját változtatja pillanatról-pillanatra. Mindkét eljárásnak vannak előnyei és hátrányai. Egyrészt az AM jeleknek viszonylag nagy teljesítményűeknek kell lenniük, ha nagy távolságra kívánjuk eljuttatni őket, különben túlságosan legyengülnek a légköri zavarokhoz és más zajforrások keltette zavarokhoz képest. Másrészt az FM jelek zavarmentes nagy távolságú továbbításához kisebb teljesítmény is elég, de ehhez azonos mennyiségű átvinni kívánt információ esetén lényegesen nagyobb sávszélesség (elfoglalt frekvenciatartomány) szükséges. A kisebb teljesítményszükséglet az oka annak, hogy a műholdas hírközlésben gyakran alkalmaznak frekvenciamodulációt. A földfelszín és a műhold közötti nagy távolságon a jelteljesítmény olyannyira lecsökken, hogy az amplitúdómodulált átvitel nem sok sikert hozhat. A frekvenciamoduláció viszont elszakadást jelent a földfelszíni tv-műsorszórási gyakorlattól, a jelenleg használatos tv-készülékek nem alkalmasak az FM jelek közvetlen demodulálására.

Sávszélesség:

Egy nagyobb frekvenciasávot elfoglaló jel több információt hordozhat. Az elfoglalt frekvenciasávot sávszélességnek nevezzük. A földfelszíni sugárzásnál ill. kábelhálózatoknál egy tv-műsor sávszélessége 7-8 MHz. A műholdas FM műsorátviteli gyakorlatban ennek négy-ötszörösét alkalmazzák (tipikusan 30 MHz körül).

Erősítés és csillapítás:

A jeleket útjuk során gyakran erősíteni kell, hogy meg lehessen őrizni az általuk szállított információk hűségét. Minden hírközlési berendezés demodulálás előtt felerősíti a vett jelet. A földfelszíni adó által a műhold felé sugárzott jelek pl. nagyon legyengülnek a műholdig megtett útjukon a szétszóródás, a vízgőz és a felhők miatt, valamint más anyagokban való elnyelődés következtében. Előfordul, hogy a jeleket szándékosan csillapítják. Ha pl. egy kábelhálózati fejállomás túlságosan nagy jelet adna a hálózatba, akkor a készülékek túlvezérlésének, a torzítások fellépésének elkerülésére csillapítókat iktatnak be a jelteljesítmény csökkentésére.

Zaj:

Tökéletes rendszerben zavaró interferencia és zajok nélkül lehetne továbbítani a jeleket. A zaj azonban minden nem abszolút nulla hőmérsékletű anyagban jelen van a molekulák hőmozgása következtében. Az ún. termikus zaj a környezet hőmérsékletével együtt nő. A műhold Föld felé irányított antennái zajt vesznek a Föld felületéről. Egy átlagos napon ennek hőmérséklete 290° K (Kelvin). Az antennával megcélzott műhold mögötti űr is termel zajt, kb. 4 K-nek megfelelően, az ősrobbanás, a "big bang" következtében. A vevőantennák annál többet vesznek a termikus zajból, minél nagyobb a vevőrendszer sávszélessége. További zajok származhatnak a jelfeldolgozásra használt elektronikus eszközöktől is. A nem a vevőberendezésnek szánt mesterséges jelek szintén zajként vehetők figyelembe, ezt interferenciának nevezzük. A földfelszíni hírközlő rendszerek jelei bejuthatnak pl. a műholdvételre szánt vevőberendezésbe (TI: terrestrial interference). Műholdas hírközlő rendszerekben a zaj mindig jelen van. Az összeköttetés minőségét a jel és zajteljesítmények viszonyával, a jel-zaj viszonnyal lehet jellemezni. Jó minőségű tv-műsorátvitelnél a jelnek kb. 63000-szeresen kell meghaladnia a zajt (demodulátor utáni, alapsávi jel-zaj viszony).

A műholdak frekvenciaterve:

Három sávban engedélyezik a tv-műsorok sugárzását:

- 10,70-11,70 GHz: ECS (European Communication Satellite) sáv.

- 11,70-12,50 GHz: DBS (Direct Broadcasting Satellite) sáv.

- 12,50-12,75 GHz: TELECOM sáv.

A műholdvevő rendszer:

Kétfajta létezik:

- Egy műholdat vevő rendszer. Ebben az esetben csak egy műholdat kívánunk venni. Az antennát fixen rögzítjük.

- Több műholdat vevű rendszer (motoros állítású). Ebben az esetben szükségünk van egy motorra és egy motorvezérlű készülékre. A motor állítja az antennát egyik műholdról a másikra. Az antenna nincs fixen rögzítve, elfordítja a motor.

- Több műholdat vevő rendszer (fix antennával). Ebben az esetben az antennába a szokásos 1 ill. 2 fej helyett többet helyeznek el. Természetesen a többi fej csak a "hamis fókusz"-ba kerülhet, így az általuk vett jel gyengébb az igazi fókuszpontban levő fej által vettnél. Megfelelő műholdteljesítmény és vevőantenna-méret esetén nem okoz gondot ez a jelveszteség. Ez a megoldás csak egymáshoz közel levő műholdak esetén hoz jó eredményt. Az Astra és Eutelsat azon műholdja (Hot Bird) esetén, ahol a Duna TV és az MTV 2 található, az eltérés 6,2 fok.

Az antennarendszer:

A műholdról jövő, erősen csillapított jeleket össze kell gyűjteni és egy pontba fókuszálni, hogy tv-jellé dolgozhassuk fel. Ha az antenna reflektora parabola alakú, akkor minden beérkező hullámot a fókuszpontba gyűjt össze. Ide kell helyezni a fejegységet.

A leggyakrabban használt antennatípusok:

- Prímfókuszos antenna: szimmetrikus felépítésű, a sugárzót a középpontban helyezik el.

- Előnyei: könnyebb beállíthatóság (a helyes fókuszpont könnyebben megtalálható).

- Hátrányai: mivel a sugárzó középen helyezkedik el, eltakarja az antenna legjobban "világító" részét (ez kis jelveszteséget jelent); az emelkedési szöge nagyobb, így télen az esetleges hó könnyebben marad az antennában (ez is jelveszteség).

- Ofszetantenna: ez egy prímfókuszos antennából kivágott szegmens, mégpedig oly módon, hogy a fej ne takarja az antenna közepét.

- Előnyei: kis emelkedési szög (nem áll meg benne annyira a hó).

- Hátrányai: az aszimmetrikus elrendezés miatt erősen romló keresztpolarizációs jellemzők.

Az antennák fő jellemzői:

- Nyereség: A bejövő hullámok fókuszálásának ugyanaz az eredménye, mintha felerősítenénk őket. Ezért beszélhetünk az antenna nyereségéről. Egy 180 cm átmérőjű antenna nyeresége kb. 45 dB. Minél nagyobb az antenna átmérője annál nagyobb a nyeresége. Minél nagyobb a beérkező hullámok frekvenciája, annál nagyobb a nyereség. Ezt az magyarázza, hogy a nagyobb frekvenciájú hullámokat könnyebben lehet fókuszálni. Ezért a frekvenciát is meg kell adni, amikor egy antenna nyereségét megadjuk.

- Hatásfok: A felületi rendellenességek, az abszorpció (elnyelés), a takarás (amit a fej okoz), valamint a túlsugárzás ill. alulsugárzás következtében az antenna veszít a hatásfokból. A mai antennák hatásfoka 50-75 % között mozog.

- Nyalábszélesség: meghatározza, hogy a műholdat milyen pontosan lehet "megcélozni". Minél kisebb a nyalábszélesség (a főnyaláb félteljesítményű pontjainak fokokban megadott távolsága), annál kevésbé vesz az antenna zajokat más nem kívánt forrásokból és irányokból.

- f/D tényező: a fókusztávolság és az antennaátmérő aránya jelzi, hogy mennyire "mély" az antenna. Általában, minél kisebb az f/D viszonyszám, annál védettebb a földfelszínről érkező zajjal szemben. Értéke általában: 0,30-0,40.

A sugárzó:

- Feladata, hogy a lehető legjobban összegyűjtse az antenna által koncentrált hullámokat a polarizátor, vagy az LNC hullámvezető részébe, kiküszöbölve vagy csökkentve ezel a nem főirányból jövő zajokat.

- A sugárzó f/D tényezője: meghatározza, hogy a sugárzó milyen antennához tartozik: az antenna és a sugárzó f/D-jének azonosnak kell lennie. Ha eltérőek, túlsugárzás vagy alulsugárzás következhet be. Túlsugárzás akkor alakul ki, ha a sugárzó látószöge kisebb mint az antennáé, ekkor a sugárzó a rendelkezésre álló jelnek csak egy részét veszi, ami jelentős veszteséghez vezethet.

A polarizátor:

Hogy növeljék a rendelkezésre álló csatornák számát, a műholdon ellentétesen polarizálják az adók az egymás melletti csatornákon a hullámokat. Így a csatornák egymáshoz közelebb helyezkedhetnek el anélkül, hogy egymást zavarnák. Ezért a műholdvevő rendszernek a csatornák között nemcsak a frekvencia, hanem a polarizáció szempontjából is megkülönböztetést kell tennie.

- Lineárisan polarizált hullámok: lehetnek függőlegesen vagy vízszintesen polarizált hullámok. A polarizátor gondoskodik arról, hogy a bejövő hullám a megfelelő síkban érkezzen a kicsatoló szondára.

- Körkörösen polarizált hullámok: lehetnek jobbsodrásúak (RHC) vagy balsodrásúak (LHC). Először ezeket a hullámokat lineárisan polarizált hullámokká kell alakítani egy 1/4 hullámhosszú transzformátornak (ez rendszerint egy a polarizátor hullámvezetőjébe szerelt teflonlemez). Ezt követően a feldolgozás a lineárisan polarizált hullámokhoz hasonló módon történik.

- Keresztpolarizációs csillapítás: egy polarizátor esetében a legfontosabb paraméter. Ez jelenti, hogy milyen mértékben tudja megkülönböztetni a kétféle polarizációt (pl. vízszintes és függőleges). Értéke általában 20-30 dB között van.

- Beiktatási csillapítás: a polarizátor kismértékben csillapítja a rajta áthaladó hullámokat. Ennek a veszteségnek a lehető legkisebbnek kell lennie. Értéke általában 0,2-0,4 dB.

Polarizátortípusok:

- Mechanikus: manapság inkább közösségi rendszerek fejállomásain használják, ahol szükség van a két polarizáció két külön fejjel történő vételére.

- Motoros: ezek belsejében motor található, amely a kicsatolószonda állását változtatja. A motort a beltéri egység vezérli 0,4-2,2 ms-os impulzusokkal. A vett impulzustól függően a szonda jobbra vagy balra fordul el.

- Mágneses: ezeket a beltéri egység árammal vezérli. Belsejében egy tekercs mágneses erőteret hoz létre, amely a hullámot elforgatja. Előnye, hogy nem tartalmaz mozgó alkatrészt.

Kis zajú blokk-konverter (LNC):

Az LNC először a műholdról érkező gyenge jelet erősíti fel, ami nagyon kis zajú tranzisztorokkal történik, hogy a lehető legtöbb zajt kiszűrje. Az erősítés értéke általában 45-60 dB, a zajtényező pedig 1,0 dB alatti. Ezután alacsonyabb frekvenciára keveri át a jelet. Itt különféle variációk lehetségesek, attól függően, hogy az LNC hány sávot tud venni ill. milyen oszcillátor (oszcillátorok) vannak beépítve. Egy korszerű LNC amely 10,70-12,75 GHz között vesz (ezzel minden mostani és jövőbeli Ku sávú analóg és digitális adás vehető) két oszcillátort tartalmaz. Pl. a felosztás lehet a következő:

1. Oszcillátor: 9,75 GHz, ezzel a 10,70-11,70 GHz közötti jeleket lekeveri 950-1950 MHz közé.

2. Oszcillátor: 10,75 GHz, ezzel a 11,70-12,75 GHz közötti jeleket lekeveri 950-2000 MHz közé.

Így egy 950-2000 MHz bemeneti sávszélességű beltérivel mindent lehet venni.

Kábelek:

A fej és beltéri között koaxiális kábel, impedanciája jellemzően 75 ohm. A csillapítást megadhatják pl. úgy, hogy 100 m-en mennyi a kábel csillapítása, ha 20 dB-nél nagyobb, ajánlatos vonalerősítőt alkalmazni az LNC és a beltéri között. Egy jó, műholdas koaxkábel csillapítása 100 m-en 900 MHz-en 18-20 dB, 1800 MHz-en 25-27 dB. Tehát elmondható, hogy otthoni körülmények között 30-40 méteres maximális távolság esetén, általában nem szükséges erősítőt alkalmazni.

A műholdvevő beltéri egység:

Számos funkciója, tulajdonsága kell, hogy legyen, például:

- A 950-1750 (950-2000, újabb típusoknál akár 700-2200) MHz közötti sáv jeleit átalakítja a tv-készülék számára "fogyaszthatóvá".

- Lehetővé teszi videomagnó csatlakoztatását.

- Kompatibilis különféle dekóderekkel (pl. Videocrypt, Eurocrypt).

- Vezérli az LNC-t (sávváltás, polarizáció kiválasztása).

- Vezérli a polarizátort (külön polárváltó alkalmazása esetén).

- Lehetőleg távirányítható legyen.

- Megfelelő számú memóriahellyel rendelkezzen a venni kívánt programok számára.

Fontosabb jellemzők:

- Küszöbszint: (threshold) azt határozza meg, hogy a készülék mennyire érzéketlen a zajjal szemben. Egy alacsony küszöbszintű vevő jó képminőséget tud biztosítani akkor is, ha a bejövő jel nagyon zajos. Értéke 6 dB körüli, de vannak 4 dB alatt tudó beltérik is.

- KF sávszélesség: ha értéke nagy, a vevő szép képet ad jó kontraszttal. Természetesen nagy KF sávszélesség mellett több a vett zaj is, de ez nem befolyásolja a kép minőségét, amíg a küszöbszint megfelelő. Ha értéke kicsi, a  kontraszt már nem olyan jó, viszont kevésbé lesz érzékeny a vevő a zajra. Értéke általában 27 MHz.

- Dinamikatartomány: azt jelzi, hogy mennyit változhat a bemenő jel szintje anélkül, hogy ez észlelhető változást okozna a kép minőségében. Értéke általában -60 és -30 dBm között van.

Az utolsó módosítás ideje: 1998.09.29.