Розумна Хата » Спутниковое тв
Спутниковое ТВ

Принципы построения спутниковых систем связи


Сегодня растут потребности в телекоммуникациях. Наземные радиорелейные линии не могут в полной мере удовлетворить обмен радиовещательных и телевизионных программ, особенно если они сильно удалены друг от друга. Между ретрансляторами не может быть больших расстояний, поэтому размещение наземных ретрансляторов связано со значительными техническими и экономическими сложностями, а связь через океаны и труднодоступные территории просто невозможна. От этих недостатков свободны спутниковые системы связи (ССС). Они могут ретранслировать сигналы с высоты в десятки тысяч километров. ССС обладают высокой пропускной способностью и позволяют обеспечить экономичную круглосуточную связь между любыми оконечными пунктами, обмен радиовещательными и телевизионными программами, одновременную работу без взаимных помех большого числа линий.

Рисунок 1.1 - Типы орбит КА

В основе построения спутниковой системы связи лежит идея размещения ретранслятора на космическом аппарате (КА). Движение КА длительное время происходит без затрат энергии, а энергоснабжение всех систем осуществляется от солнечных батарей. КА, находящийся на достаточно высокой орбите, способен «охватить» очень большую территорию — около трети поверхности Земли. Через его бортовой ретранслятор могут связываться любые станции, находящиеся на этой территории. Принцип спутниковой связи заключается в ретрансляции аппаратурой спутника сигнала от передающих наземных станций к приёмникам.

Значительные преимущества предоставляет использование КА, расположенного на так называемой геостационарной орбите, находящейся в плоскости экватора и имеющей нулевое наклонение круговой орбиты (рисунок 1.1) с радиусом 35785 км. Такой спутник совершает один оборот вокруг Земли точно за одни земные сутки. Если направление его движения совпадает с направлением вращения Земли, то с поверхности Земли он кажется неподвижным.

Ни при каком другом сочетании указанных параметров орбиты нельзя добиться неподвижности КА относительно наземного наблюдателя. Антенны станций, работающих с геостационарным спутником, не требуют сложных систем наведения и сопровождения, а в случае необходимости могут быть установлены устройства для компенсации небольших возмущений орбиты.

Благодаря этому обстоятельству в настоящее время почти все спутники связи, предназначенные для коммерческого использования, находятся на геостационарной орбите. Примерно в одной позиции на одной географической долготе могут находиться несколько КА, расположенных на расстоянии около 100 км друг от друга.

Спутниковая линия связи с ретранслятором на геостационарной орбите имеет ряд серьезных преимуществ:

Отсутствие устройства сопровождения КА в антенной системе наземного комплекса
Высокая стабильность уровня сигнала в радиоканале.
Отсутствие эффекта Доплера.
Простота организации связи в глобальном масштабе.
Недостатками такой линии связи являются перенасыщенность геостационарной орбиты на многих участках, а также невозможность обслуживания приполярных областей.

Вблизи полюсов геостационарный КА виден под малым углом места, а у самых полюсов не виден вообще. Ввиду малости угла места происходит затенение спутника местными предметами, увеличение шумовой температуры антенны за счет тепловых шумов Земли, повышение уровня помех от наземных радиотехнических средств. Уже на широте 75° прием затруднителен, а выше 80° — почти невозможен. Однако в широтном поясе от 80° ю.ш. до 80° с.ш. проживает практически все население Земли.
Спутниковое телевизионное вещание

Спутниковое телевизионное вещание — это передача через космический спутник-ретранслятор телевизионного изображения и звукового сопровождения от наземных передающих станций к приемным. В сочетании с кабельными сетями, спутниковая телевизионная ретрансляция сегодня является основным средством обеспечения многопрограммного высококачественного телевизионного вещания.
В зависимости от организации, спутниковое ТВ-вещание может осуществляться двумя службами:

Фиксированной спутниковой службой (ФСС). В этом случае передаваемые через КА телевизионные сигналы принимаются с высоким качеством наземными станциями, расположенными в зафиксированных заранее пунктах. С этих станций через наземные ретрансляторы телевизионный сигнал доставляется индивидуальным потребителям
 (рис. 2.1).
Радиовещательной спутниковой службой (РВСС). В этом случае ретранслируемые КА телевизионные сигналы предназначены для непосредственного приема населением (непосредственным считается как индивидуальный, так и коллективный прием, при котором телезрители принимают программу по кабельной сети) (рис. 2.2).
Рис.2.1. Ретрансляция спутниковых сигналов 
наземным телецентром
Рис.2.2. Непосредственное 
телевизионное вещание

Большое распространение получили относительно простые и недорогие установки с антеннами небольших размеров для непосредственного приема телевизионных сигналов со спутников. Система спутникового телевизионного вещания включает в себя следующие подсистемы
 (рисунок 2.3):

Передающий телевизионный центр.
Активный спутник-ретранслятор.
Приемное оборудование.

Рис.2.3. Применение спутниковой ретрансляции для ТВ вещания

Рис.2.4. Районы спутникового вещания

В спутниковом телевидении уровень излучаемого с космического аппарата сигнала принято характеризовать произведением мощности (в ваттах) подводимого к антенне сигнала на коэффициент ее усиления (в децибелах) относительно изотропного (всенаправленного) излучателя. Эту характеристику называют эквивалентной изотропно-излучаемой мощностью (ЭИИМ) и измеряют в децибелах на ватт. Уровень сигнала в точке приема определяется плотностью потока мощности у поверхности Земли относительно потока мощности 1Вт, проходящего через 1м2(дБВт/м2).

В 1977 году состоялась Всемирная административная радиоконференция по планированию радиовещательной спутниковой службы, на которой был принят ныне действующий Регламент радиосвязи. В соответствии с ним земной шар разделен на три района, для вещания на каждый из которых выделены свои полосы частот. Как видно из рисунка 2.4, Россия и страны СНГ входят в Район 1.

В Регламенте указаны полосы частот метрового и дециметрового диапазонов, в которых работают радиопередающие средства телевизионного вещания.

Таблица 1.1. Полосы частот систем спутникового вещания

Наименование диапазона Полоса частот, ГГц
L - диапазон 1,452 - 1,550 и 1,61 - 1,71
S - диапазон 1,93-2,70
C - диапазон 3,40-5,25 и 5,725-7,075
X - диапазон 7,25-8,40
Ku - диапазон 10,70-12,75 и 12,75-14,80
Ka - диапазон 15,4-26,5 и 27,0-50,2
K - диапазон 84-86

Для систем спутникового вещания выделены полосы частот, представленные в табл. 1.1. Два последних диапазона — Ка и К — почти не используются и пока считаются экспериментальными. Однако вещание спутниковых телепрограмм в этих диапазонах позволит значительно уменьшить диаметр приемных антенн. Например, если антенны Ku-диапазона (10,70 — 12,75 ГГц) имеют характерные размеры 0,6 — 1,5 м, то антенны К-диапазона (84 — 86 ГГц) при том же значении коэффициента усиления будут иметь размеры 0,10 — 0,15 м. Кроме того, информационная емкость этих диапазонов значительно выше. Под информационной емкостью понимается количество телевизионных каналов, которые можно разместить в данном диапазоне частот.

Основная проблема в освоении этих диапазонов — экономическая, а именно – проблема создания недорогих массовых индивидуальных приемников.

Сформулированные в Регламенте радиосвязи основные положения, касающиеся систем непосредственного спутникового телевизионного вещания (СНТВ), сводятся к следующему:

В системах СНТВ используются спутники-ретрансляторы, расположенные на геостационарной орбите.
В данных системах рекомендуется передача частотно-модулированного сигнала.
Величина отношения сигнал/шум не должна быть меньше 14 дБ.
Плотность потока мощности в зоне обслуживания не должна превышать - 103 дБВт/м2 для индивидуального приема и - 111 дБВт/м2 - для коллективного.
Для увеличения объема передаваемой информации рекомендуется двукратное использование рабочих частот, что возможно благодаря развязке по поляризации.

В 1988г. наша страна присоединилась к «Конвенции по распространению несущих программ сигналов, передаваемых через спутники» (Брюссель, 1974г.). В связи с этим в нашей стране индивидуальный прием спутниковых телевизионных программ РВСС и ФСС может осуществляться без ограничений, если принятые программы не распространяются далее посредством эфира, по кабельной сети или в виде магнитных записей. Коллективный прием сигнала, предполагающий последующее распространение программ, может производиться только по разрешению их создателей.

Цифровой метод передачи спутниковых телевизионных сигналов

Возрастающие требования к качеству телевизионного вещания, дальнейшее совершенствование его технологии приводят к необходимости изыскания новых эффективных методов создания, записи и передачи сигналов телевизионных программ. В течение многих лет в телевидении используют аналоговый телевизионный сигнал, который преобразует свет-сигнал в электрический аналог изображения.
Основное требование к передаче телевизионных сигналов – обеспечение минимальных искажений. Однако в процессе формирования и записи сигналов ТВ-программ, а также при передаче их по линиям связи методами и средствами, используемыми в аналоговом телевидении, сигналы подвергаются искажениям, которые накапливаются с увеличением числа обработок и переприемов. Особенно сильно эти искажения проявляются при компоновке программ, осуществляемой путем электронного монтажа видеозаписей на магнитной ленте.

При многократной перезаписи фрагментов программ, неизбежной во время монтажа, происходит существенное ухудшение качества аналоговых сигналов. Аналоговый тип телевизионных сигналов лимитирует дальнейшее повышение качества изображения и возможности различных спецэффектов. Отмеченные ограничения могут быть преодолены путем перехода на цифровую форму телевизионного сигнала. Поэтому в последние годы все большее внимание уделяется цифровому телевидению.
Цифровое телевидение

Цифровое телевидение

Цифровое телевидение представляет собой область, в которой операции обработки, записи и передачи телевизионного сигнала связаны с его преобразованием в цифровую форму. Отметим преимущества перехода к цифровой форме представления и передачи телевизионных сигналов:
Прежде всего, появляется возможность создания унифицированного видеооборудования, которое использует единый стандарт цифрового кодирования и, в перспективе, вытеснит многочисленные, несовместимые между собой стандартные системы цветного телевидения — SECAM, PAL, NTSC.
Все цифровые сигналы обрабатываются по единой технологии. Повышается стабильность параметров оборудования, которое работает в бесподстроечном режиме. Так обеспечивается значительное повышение качества телевизионного изображения, особенно при цифровой видеозаписи с применением электронного монтажа. Качество цифровой видеозаписи чрезвычайно важно для создания фондовых и архивных материалов, а также для длительного их хранения. Внедрение единого стандарта цифровой видеозаписи значительно облегчает международный обмен телевизионными программами.
Применение цифровых сигналов значительно расширяет номенклатуру спецэффектов. Это и селективная обработка участков кадра, и электронный монтаж из фрагментов нескольких кадров, замена объектов в кадре, геометрические преобразования изображений и т.п.
Цифровая техника открывает совершенно новые возможности в художественном оформлении телевизионных программ. Таким образом, внедрение цифровых методов существенно обогащает технологию телевизионного вещания, делает ее исключительно гибкой и высокопроизводительной. Повышается качество передачи сигналов телевизионных программ по линиям связи благодаря значительному ослаблению эффекта накопления искажений и применению кодов, обнаруживающих и исправляющих ошибки передачи.

Рис.2.5. Обобщенная структурная схема цифрового тракта преобразования ТВ сигнала

На вход тракта цифрового телевидения (см. рисунок 2.5) поступает аналоговый телевизионный сигнал. В кодирующем устройстве (кодере) телевизионный сигнал преобразуется в цифровую форму и поступает на передающее устройство, которое состоит, в общем случае, из кодера канала и устройства преобразования сигнала. Пройдя через канал связи, цифровой сигнал поступает в приемник, состоящий из устройства обратного преобразования сигнала и декодирующего устройства (декодера). Он, декодер, осуществляет преобразование цифрового телевизионного сигнала в аналоговый. Кодер и декодер канала также обеспечивают защиту от ошибок в канале связи. В устройствах преобразования характеристики цифрового сигнала согласуются с характеристиками канала связи.

Рис.2.6. Кодирование ТВ сигнала

Кодирование ТВ сигнала включает три этапа:

Дискретизацию (по времени).
Квантование (по уровню).
Кодирование (цифровое представление отобран- ных уровней).
При дискретизации из аналогового телевизионного сигнала (рис.2.6, а) формируется импульсный сигнал (множество отсчетов) (рис.2.6, б). В соответствии с теоремой Котельникова, достаточно знать ряд его мгновенных (дискретных) значений через интервал времени Т, который связан с верхней граничной частотой fгр передаваемого спектра зависимостью Т<0,5/fгр. Таким образом, выборка мгновенных значений телевизионного сигнала должна производиться с частотой дискретизации, большей, по крайней мере, в 2 раза верхней граничной частоты видеоспектра.

В результате получается серия отдельных импульсов, т. е. телевизионный сигнал оказывается «разбитым» на множество дискретных значений. Интервал времени Т между отсчетами называется интервалом дискретизации.

Передавать точно значения отсчетов нет необходимости, поскольку глаз человека обладает конечной разрешающей способностью по яркости. Это позволяет разбить весь диапазон значений отсчетов на конечное число уровней. Если число таких дискретных уровней выбрать достаточно большим, чтобы разность между двумя ближайшими уровнями не обнаруживалась зрителем, то можно вместо передачи всех значений отсчетов передавать лишь определенное число их дискретных значений. Полученные значения отсчетов округляются до ближайшего из набора фиксированных уровней, называемых уровнями квантования (рис.2.6, в). Уровни квантования разделяют весь диапазон значений отсчетов на конечное число интервалов, которые именуются шагами квантования. Каждому уровню квантования соответствует определенная область значений отсчетов. Границы между этими областями называются порогами квантования (рис.2.6, в).

Комплекс операций, связанных с преобразованием аналогового телевизионного сигнала в цифровой (дискретизация, квантование, кодирование), называется цифровым кодированием телевизионного сигнала. Для передачи телевизионного сигнала с высоким качеством необходимо примерно 256 уровней квантования (рис.2.6, г).

Декодирующее устройство телевизионного сигнала осуществляет операции, обратные производимым в кодере.

Непрерывный аналоговый телевизионный сигнал несет информацию об отдельных элементах изображения и может принимать любое значение. В цифровом телевизионном сигнале каждому элементу изображения соответствует большая группа импульсов, принимающих только два значения — «О» или «1» (рис.2.6, д). Отсюда следует, что главное преимущество цифровой формы представления — высокая защищенность от искажений и шумов. Это обусловлено тем, что на приемной стороне важно обнаружить факт передачи импульса в заданный момент времени независимо от его формы. Решить такую задачу легче, чем обеспечить неискаженную передачу формы аналогового сигнала.

Главным недостатком цифрового телевидения является более широкая полоса пропускания канала связи по сравнению с аналоговым. Это объясняется тем, что скорость передачи цифрового сигнала довольно велика. Она измеряемая числом двоичных символов в секунду (бит/с). Поэтому на сегодня основная проблема в цифровом телевидении – уменьшение в несколько раз требуемой скорости передачи сигналов. Она решается путем устранения избыточности, имеющейся в телевизионном сигнале, и использования эффективных методов модуляции. Различают статистическую, визуальную (физиологическую) и структурную избыточность телевизионного сигнала.

Статистическая избыточность вызвана корреляционными связями и предсказуемостью между элементами сигнала в одной строке, в смежных строках и соседних кадрах. Эта избыточность может быть устранена без потери информации, а исходные данные при этом могут быть полностью восстановлены.

Визуальная избыточность заключается в той части информации, которая не воспринимается глазом человека (например, цветовая разрешающая способность зрения примерно в 4 раза ниже, чем яркостная). Ее можно устранить с частичной потерей данных, мало влияющих на качество воспроизводимого изображения.

Структурная избыточность определяется законом разложения телевизионного изображения и связана со способом передачи телевизионного сигнала. Например, передаются постоянные по форме сигналы гашения, которые нет необходимости передавать в цифровом сигнале. Устранение этих сигналов позволяет уменьшить объем цифрового потока примерно на 23 %.

Для борьбы с помехами, приводящими к неверному распознаванию символов цифрового сигнала (к ошибкам передачи), в состав тракта цифрового телевидения включается кодер канала — устройство защиты от ошибок (см. рис.2.5). При этом для передачи по каналу используется помехоустойчивое кодирование. Наиболее распространенным методом помехоустойчивого кодирования является введение в цифровой канал избыточных символов. Отметим, что современные методы помехоустойчивого кодирования позволяют при введении в цифровой телевизионный сигнал сравнительно малого числа избыточных символов значительно уменьшить вероятность ошибочного приема символа.

Кроме ошибок передачи, внешние помехи приводят к временной нестабильности кодовых импульсов. Эту временную нестабильность, называемую фазовым дрожанием, также часто именуют джиттером.

Помехоустойчивость передачи цифрового телевизионного сигнала зависит от вида модуляции и кода, примененных для передачи цифровой информации по каналу, алгоритма декодирования сигнала в декодере и ряда других факторов.

Коды в цифровом телевидении используются:

Для кодирования телевизионного сигнала.
Для эффективной передачи по каналу.
Для цифровой обработки сигнала в различных звеньях тракта цифрового телевидения.
Для обеспечения удобства декодирования и синхронизации при приеме.
Цифровой телевизионный сигнал должен передаваться с высокой достоверностью. Защита его от искажений актуальна как в условиях телецентра, так и на линиях связи. Коррекция ошибок заключается в восстановлении поврежденной информации цифровыми методами, а маскирование ошибок — в замене поврежденной информации предыдущими или проинтерполированными данными. В итоге, качество цифрового телевизионного сигнала должно отвечать лишь одному требованию — возможности правильного приема кодовых комбинаций, оцениваемой вероятностью ошибки Р.
Стандарты MPEG

В 1988г. Совместным Техническим Комитетом по Информационной Технологии (JTCI), объединяющим исследования Международной Организации Стандартизации (ISO) и Международной Электротехнической Комиссии (IEC), была организована специальная группа — Motion Pictures Expert Group (MPEG). Задача этой группы состояла в том, чтобы разработать методы сжатия и восстановления цифрового видеосигнала в рамках стандарта, позволяющего объединить потоки видео-, аудио- и иной цифровой информации. Результатом многолетних исследований в области цифрового кодирования сигналов изображения и звукового сопровождения явилось создание международных стандартов для сжатия телевизионного сигнала: MPEG-1, MPEG-2 и MPEG-4. В настоящее время они наиболее перспективны и реализованы на практике. Все стандарты MPEG базируются на стандарте CCIR-601 (базовый стандарт цифрового видео).
Стандарты были разработаны для удовлетворения потребностей в методах кодирования движущихся изображений и звука, а также других сопутствующих данных для различных приложений, таких как хранение цифровой информации, телевещание и связь. Использование этих стандартов для кодирования видеоинформации означает, что движущиеся изображения можно обрабатывать как компьютерные данные и хранить их в различных устройствах, передавать и получать по существующим и будущим сетям и каналам вещания.

При создании стандартов были учтены требования различных типовых приложений, развиты и собраны в единый синтаксис необходимые алгоритмические элементы. Таким образом, эти стандарты призваны облегчить обмен битовыми потоками между различными приложениями. Они поддерживают постоянную и переменную скорости передачи, произвольный доступ, переключение каналов, масштабируемое декодирование, редактирование битового потока, а также такие специальные функции, как быстрое воспроизведение, быстрое обратное воспроизведение, обратное воспроизведение с нормальной скоростью, медленное движение, пауза и неподвижные изображения.

Стандарт MPEG-1 (1992г.) предназначен для записи видеоданных на компакт диски (CD-ROM) и передачи ТВ изображений по сравнительно низкоскоростным каналам связи (скорость цифрового потока до 1 — 3 Мбит/с). В нем используется стандарт развертки с четкостью в 4 раза меньшей, чем в вещательном телевидении: 288 активных строк в ТВ кадре и 352 отсчета в активной части ТВ строки. Работы над стандартом MPEG-2 начались в 1990г. Разработанный специально для кодирования ТВ сигналов вещательного телевидения, он позволяет получить высокую четкость ТВ изображения, соответствующую Рекомендации 601МККР: 576 активных строк в кадре и 720 отсчетов в активной части строки. Стандарт предназначен для каналов связи, обеспечивающих скорость передачи данных 3—10 Мбит/с для обычного телевизионного стандарта и 15 — 30 Мбит/с для телевидения высокой четкости (ТВЧ).

Проект стандарта MPEG-2 вышел в начале 1994г., а в 1995г. были выпущены последние документы.

Стандарт MPEG-4 начали разрабатывать еще в первой половине 90-х годов прошлого века. В декабре 1999 года был представлен релиз этого формата, получивший официальный статус стандарта ISO/IEC. MPEG-4 задумывался как способ передачи потоковых медиа-данных, в первую очередь видео, по каналам с низкой пропускной способностью. Применение более сложных алгоритмов компрессии позволило размещать полнометражные фильмы длительностью полтора-два часа в приемлемом качестве всего на одном компакт-диске. При одном и том же битрейте и определённых условиях кодирования, качество изображения фильма в MPEG-4 может быть лучше MPEG-2. Однако применение новых алгоритмов сжатия повлекло за собой и существенное увеличение требований к вычислительным ресурсам.

Общие положения

Стандарт MPEG-2 состоит из трех основных частей: системной, видео и звуковой.
Системная часть описывает форматы кодирования для мультиплексирования звуковой, видео и другой информации. Она рассматривает вопросы комбинирования одного или более потоков данных в один или множество потоков, пригодных для хранения или передачи.

Системное кодирование в соответствии с синтаксическими и семантическими правилами, обеспечивает необходимую информацию, чтобы синхронизировать декодирование без переполнения или «недополнения» буферов декодера при различных условиях приема или восстановления потоков.

Системный уровень выполняет пять основных функций:

Синхронизация нескольких сжатых потоков при воспроизведении.
Объединение нескольких сжатых потоков в единый поток.
Инициализация для начала воспроизведения.
Обслуживание буфера.
Определение временной шкалы.
Видеочасть стандарта описывает кодированный битовый поток для высококачественного цифрового видео. MPEG-2 поддерживает черезстрочный видеоформат и содержит средства для поддержки ТВЧ.

Звуковая часть стандарта MPEG-2 определяет кодирование многоканального звука. MPEG-2 поддерживает до пяти полных широкополосных каналов плюс дополнительный низкочастотный канал и (или) до семи многоязычных комментаторских каналов. Он также расширяет возможности кодирования моно и стерео звуковых сигналов за счет использования половинных частот дискретизации (16; 22,05 и 24 кГц) для улучшения качества при скоростях передачи 64 Кбит/с и ниже.

Применение стандарта MPEG-2 в вещательном телевидении позволяет значительно снизить скорость передачи видео- и звуковых данных и за счет этого транслировать несколько цифровых программ в стандартной полосе частот радиоканалов эфирного, кабельного и спутникового телевизионного вещания. Например, большие преимущества MPEG-2 дает в системах спутникового телевизионного вещания. Сжатие позволяет передать по одному стандартному каналу от одного до пяти цифровых каналов при профессиональном уровне качества видеосигнала. Важно и то, что цифровые каналы по сравнению с аналоговыми предоставляют более широкие возможности для передачи дополнительной информации.

Пропускная способность стандартного спутникового канала при полосе 32 МГц составляет 55 Мбит/с. Для вещания с профессиональным качеством необходима скорость цифрового потока 5 - 8 Мбит/с. Таким образом, один стандартный спутниковый канал позволяет транслировать 4-5 телевизионных программ. Возможно использование цифровых каналов с более высокими коэффициентами сжатия. При этом в одном стандартном канале передается до десяти видеопрограмм. Однако в этих случаях заметна потеря качества изображения.

В общем случае переход к цифровому многопрограммному ТВ вещанию предполагает постепенный вывод из эксплуатации аналоговых систем вещания: SECAM, PAL, NTSC, освобождение за счет этого существующих радиоканалов и линий связи, а также их перепрофилирование для цифрового ТВ вещания. При этом система многопрограммного ТВ вещания должны быть встроена в существующий частотный план распределения ТВ каналов, который предусматривает полосу пропускания 8 МГц для эфирного и кабельного ТВ вещания, 27 МГц — для спутниковых систем непосредственного ТВ вещания и 33, 36, 40, 46, 54, 72 МГц — для фиксированных служб спутниковой связи. Необходимо также учитывать сложившуюся взаимосвязь между спутниковыми и наземными системами телевещания, предполагающую использование кабельных ТВ каналов и эфирных сетей вещания для доведения спутниковых программ до телезрителей.

При цифровом вещании взаимный обмен телепрограммами между наземными и спутниковыми вещательными службами существенно упрощается, если число цифровых ТВ программ в каждом (стандартном по полосе пропускания) спутниковом, кабельном и эфирном радиоканале будет одинаковым. Это требование было учтено при разработке международных стандартов на методы модуляции и канального кодирования в цифровых спутниковых и наземных каналах связи — DVB-S, DVB-C и DVB-T (Digital Video Broadcasting — Satellite, Cable, Terrestrial) — путем применения для более узкополосных радиоканалов более сложных и эффективных по плотности передачи информации методов модуляции.

При организации многопрограммного цифрового ТВ вещания весьма важно правильно выбрать скорость передачи, поскольку от этого непосредственно зависит качество изображения и звукового сопровождения.

Согласно экспертным оценкам, для получения изображения студийного качества, соответствующего рекомендации 601МККР, необходимо передавать видеоданные со скоростью около 9 Мбит/с. При этом декодированный видеосигнал будет пригоден для последующей цифровой обработки. Для получения качественного изображения на экране бытового телевизора, скорость передачи видеосигнала должна быть около 6 Мбит/с. В этом случае декодированный видеосигнал будет малопригоден для последующей обработки и повторного кодирования с информационным сжатием.

В настоящее время общепринятым стандартом воспроизведения звука служат аудио компакт-диски. Поэтому в стандарте MPEG-2 предполагается, что в системах цифрового ТВ вещания качество звукового стереофонического сопровождения субъективно не должно отличаться от звука с компакт-диска. Это условие выполняется для принятой в стандарте MPEG-2 системы информационного сжатия звуковых данных MUSICAM при скорости передачи по 128 Кбит/с на каждый моноканал звукового сопровождения. Таким образом, для самого низкого уровня — двухканального стереофонического звукового сопровождения — потребуется скорость передачи цифровых данных, равная 128 Кбит/с х 2 = 256 Кбит/с.

Цифровой поток для передачи дополнительной информации (ДИ) выбирается в зависимости от ее предполагаемого объема. Скорость передачи обычно выбирается кратной скорости цифрового потока телефонного канала — 64Кбит/с. Чтобы унифицировать каналы цифровой передачи данных звукового сопровождения, была выбрана скорость передачи (ДИ) – 128 Кбит/с.
Сжатие видеосигнала в стандарте MPEG-2

Стандарт MPEG-2 не регламентирует методы сжатия видеосигнала, а только определяет, как должен выглядеть битовый поток кодированного видеосигнала, поэтому конкретные алгоритмы являются коммерческой тайной фирм-производителей оборудования. Однако существуют общие принципы, и процесс сжатия цифрового видеосигнала может быть разбит на ряд последовательных операций (рис.3.1): преобразование аналогового сигнала в цифровую форму, предварительная обработка, дискретное косинусное преобразование, квантование, кодирование.
После аналого-цифрового преобразователя (АЦП) производится предварительная обработка сигнала, которая включает в себя следующие преобразования:

Удаление избыточной информации. Например, если фон изображения состоит из идентичных символов (пикселов), то совершенно не обязательно их все передавать. Достаточно описать один пиксел и послать его с сообщением о том, как часто и где он повторяется в изображении.
Если исходное изображение передается в виде черезстрочных полей, то они преобразуются в кадры с прогрессивной разверткой.
Сигналы цветности (RGB) преобразуются в цветоразностные сигналы U и V, и сигнал яркости У.

Рис.3.1. Последовательность операций при сжатии цифрового сигнала

Рис.3.2. Формирование цифрового потока 
1 - Видеосигнал; 2 - Один или более каналов 
звука; 3 - Телетекст и Субтитры; 4 - Набор 
данных о подписке на телеканал 
(для платных кодированных каналов); 
5 - Синхронизация.

Рис.3.3. Порядок кодирования I-, 
Р- и В-кадров стандарту MPEG-2

Все эти данные преобразуются в цифровые потоки с помощью различных алгоритмов. Видеоканал преобразуется в цифровой поток с помощью алгоритма MPEG-2. В спутниковом вещании в настоящий момент используется так называемый основной уровень с форматом разложения на 576 строк в кадре и 720 отсчетов на строку. Для сжатия видеоданных строятся кадры трех типов. Кадры типа - I(interfarme) - это полные кадры, сжатые по методу, аналогичному JPEG. Такой метод позволяет добиться различной степени компрессии – выше сжатие – больше потерь качества изображения и наоборот. Кадры типа - Р (predicted - предсказанные) получаются с использованием алгоритмов компенсации движения и предсказания вперед по предшествующим кадрам. В Р-кадрах, если сравнивать их сI-кадрами, в три раза выше достижимая степень сжатия видеоданных. Кадры типа - В (bidirectional – двунаправленные) получаются четырьмя различными алгоритмами в зависимости от характера видеоданных. B-кадры содержат изменения относительно предыдущих и последующих кадров, используемых в качестве опорных. Это наиболее сжатые кадры.

Кадры различных типов собираются в группу – GOP, состоящие обычно из 12 чередующихся кадров. Типичным является следующий порядок кадров:

I0, B1, B2, P3, B4, B5, P6, B7, B8, P9, B10, B11, I12, B13, B14, P15 и т. д., в которых I кадры следуют с интервалом: (1/25 Гц) х 12= 0,48 с.

При передаче порядок следования I, Р и В кадров меняется так, чтобы в декодер сначала поступили опорные I и Р кадры, без которых нельзя начать декодирование. Типичным является следующий порядок передачи:

I0, P3, B1, B2, P6, B4, B5, P9, B7, B8, I12, B10, B11 – P15, B13 и т. д.

Для правильного декодирования в поток видеоданных включаются Метки Времени декодирования – DTS и Метки времени показа – PTS.

В результате получается поток цифровых данных, требуемая скорость передачи для такого потока – от 6 до 1.5 Мбит/Сек (низкая скорость потока видеоданных соответствует стабильным сюжетам с малым количеством движении).

Звуковые каналы преобразуются в цифровой поток по нескольким алгоритмам. Вообще, звуковой канал с CD-качеством звука (дискретизация 44.1 кГц ) требует скорости передачи до 1400 бит/Сек, что недопустимо много. Использование сжатия по методу MPEG Audio Уровня 3(МР-3) позволяет добиться сжатия аудиоданных в 4-12 раз. Уровень 1 сжимает данные 1:4 и требует скорости 384 кБит/Сек. Уровень 2 сжимает данные в 6-8 раз и требует скорости 256..192 кБит/Сек, а Уровень 3 – в 10-12 раз и требует 128..112 кБит/Сек для стереосигнала.

В настоящее время широко используется Dolby AC-3, который обеспечивает многоканальную передачу звука и требует 384 кБит/Сек для 5+1 - каналов в формате Dolby Surround Digital или 192кБит/Сек для обычного стереосигнала. Dolby AC-3 интересен еще и тем, что в таком формате записан звук большинства современных фильмов в кинематографе.

Синхронизация обеспечивается эталонным генератором 27МГц на приемной стороне. Для подстройки частоты и фазы эталонного генератора периодически должно передаваться Поле Эталонных часов - PCR (Program Clock Reference). Кроме того, как уже говорилось, видеопоток содержит Метки Времени DTS и PTS. Последние два потока в MPEG принято называть системными.

Итак, для конкретного телеканала получено три потока сжатых данных - видео, аудио и системный. Все потоки требует различных скоростей передачи, по этому они мультиплексируются – то есть, режутся на блоки и складываются в один общий высокоскоростной поток. Блоки принято называть пакетами, а для того чтобы разделить потоки на приемной стороне, каждому цифровому потоку назначается Идентификатор Пакета PID. Каждый пакет в заголовке содержит идентификатор своего потока. Размер такого блока 188 байт.

Далее пакеты защищаются – к ним добавляется Reed-Solomon code – код Рида-Соломона, который позволяет скорректировать ошибки от выпавших или неправильно переданных бит на приемной стороне за счет избыточной информации, которую он несет. С добавленным RS-кодом длина пакета становится 204 байта. Полученный пакет представляет собой в MPEG единицу представления данных и его принято называть Упакованый Элементарный Поток (PES - Paketised Elementary Stream).

Вторая ступень защиты – это FEC (Forward Error Correction) - избыточность для возможной коррекции ошибок вводится еще раз. Применяется пять типов FEC - 0, 1/2, 3/4, 5/6, 7/8. Так 3/4 означает, что из 4 переданных бит только 3 несут информацию, а 1 – избыточный.

Совокупность таких пакетов образует Транспортный поток (TS - Transport Stream). Если поток образован одной телепрограммой, то его скорость 6-6.5Мбит/Сек. Формирование и декодирование такого потока было стандартизовано в MPEG-2. Однако, транспондеры современных спутников способны иметь полосу пропускания сигнала 33 - 72МГц. Поэтому в стандарте DVB была оговорена возможность включать в транспортный поток цифровые данные для нескольких телепрограмм сразу. Действительно, высокоскоростной транспондер в этом случае способен передать 6-9 телепрограмм сразу.

Для передачи дополнительной информации в DVB используются специальные таблицы, которые либо несут информацию сами, либо уточняют структуру других потоков. Эти таблицы с определенной периодичностью включаются в общий транспортный поток и могут быть выделены по PID, которые для конкретных таблиц специально зарезервированы.

Для более надежного распознавания таблицы имеют также Идентификатор, который находится в ее начале.
Для таблиц определен максимальный интервал, в течение которого она должна появиться в транспортном потоке. Если такой интервал не указан – таблица считается факультативной.

Такие таблицы периодически включаются в транспортный поток. С их помощью компьютер ресивера управляет демультиплексором потока. Выделить сервисную таблицу возможно по PID, которые зарезервированы только для этих таблиц. Наибольшую важность представляет PAT (Program Association Table). Это таблица программ, которая включается в поток с PID=0000. Данная таблица содержит названия всех программ в данном потоке и PIDы для их PMT (Program Map Table) – Таблиц Структуры Программы. Последние включаются в поток для каждой телепрограммы и содержат PIDы ее компонентов - видео, звука, синхронизации.

Кроме перечисленных таблиц в поток с PID=0001 включается CAT (Condition Access Table) - таблица условного доступа, которая несет PIDы всех EMM (Entitlement Management Message). Видеопотоки сжатые MPEG-2 с битрейтом 9 Мбит/сек используются при студийной записи и в высококачественном цифровом видеомонтаже.

С появлением первых DVD-проигрывателей, обладающих относительно доступной ценой, MPEG-2 был выбран в качестве основного формата компрессии видеоданных за его высокое качество и относительно высокую степень сжатия.

Как стало известно из исследований комитета MPEG, свыше 95% видеоданных, так или иначе, неоднократно повторяются в разных кадрах. Эти данные являются балластными или, если использовать термин, предложенный комитетом MPEG, избыточными. Избыточные данные удаляются практически без ущерба для изображения, а на место повторяющихся участков при воспроизведении подставляется один-единственный оригинальный фрагмент. После разбивки видеопотока на фреймы, данный алгоритм анализирует содержимое очередного фрейма на предмет повторяющихся избыточных данных. Составляется список оригинальных участков и таблица участков повторяющихся. Оригиналы сохраняются, копии удаляются, а таблица повторяющихся участков используется при декодировании сжатого видеопотока. Результатом работы алгоритма удаления избыточной информации является превосходное высокочеткое изображение при низком битрейте.

Но и у этого алгоритма есть ограничения. Например, повторяющиеся фрагменты должны быть достаточно крупными, иначе пришлось бы заводить запись в таблице повторяющихся участков чуть ли не на каждый пиксел, что свело бы пользу от таблицы к нулю, так как ее размер превышал бы размер фрейма. В MPEG-2 используется нелинейный процесс дискретно-косинусного преобразования. Теперь стало возможным в процессе кодирования задавать точность частотных коэффициентов матрицы квантования, что непосредственно влияет на качество получаемого в результате сжатия изображения (и на размер тоже). Используя MPEG-2, пользователь может задавать следующие значения точности квантования – 8, 9, 10 и 11 бит на одно значение элемента, что делает этот формат значительно более гибким по сравнению с MPEG-1, в котором было только одно фиксированное значение – 8 бит на элемент.

Также стало возможным загрузить отдельную матрицу квантования (quantization matrix) непосредственно перед каждым кадром, что позволяет добиться очень высокого качество изображения, хоть это и довольно трудоемко. Быстро движущиеся участки – традиционно слабое место для MPEG, в то время как статичные участки изображения кодируются очень хорошо. Отсюда следует вывод, что нельзя статику и участки с движением кодировать одинаково, поскольку качество изображения зависит от стадии квантования, которая во многом зависит от используемой матрицы квантования. Поэтому, меняя эти матрицы для разных участков видеоролика можно добиться улучшения качества.

Не обошли нововведения и алгоритмы предсказания движения. Данные алгоритмы существенно повысили качество картинки и, что немаловажно, позволили делать ключевые кадры реже, увеличив, таким образом, количество промежуточных кадров и повысив степень сжатия. Основной размер блоков, на которые разбивается изображение, может быть 8х8 точек, 16х16 и 16х8.

Необходимо, чтобы разрешение изображения по вертикали и горизонтали было кратно 16 в режиме покадрового кодирования, и 32 по вертикали в режиме кодирования полей (field-encoder), где каждое поле состоит из двух кадров. Помимо вышеперечисленных улучшений в формат MPEG-2 были введены еще несколько новых, нигде ранее не используемых, алгоритмов компрессии видеоданных.

Наиболее важные из них - это алгоритмы под названиями Scalable Modes, Spatial scalability, Data Partitioning, Signal to Noise Ratio (SNR) Scalability и Temporal Scalability.

Scalable Modes - набор алгоритмов, который позволяет определить уровень приоритетов разных слоев видеопотока. Поток видеоданных делится на три слоя – base, middle и high. Наиболее приоритетный на данный момент слой (например, передний план) кодируется большим битрейтом.

Spatial scalability (пространственное масштабирование) – при использовании этого алгоритма, базовый слой кодируется с меньшим разрешением. В дальнейшем полученная в результате кодирования информация используется в алгоритмах предсказания движения более приоритетных слоев.

Data Partitioning (дробление данных) – этот алгоритм дробит блоки размером в 64 элемента матрицы квантования на два потока. Один поток данных, более высокоприоритетный состоит из низкочастотных (наиболее критичные к качеству) компонентов, другой, соответственно, менее приоритетный состоит из высокочастотных компонентов. В дальнейшем эти потоки обрабатываются по-разному. Именно поэтому в MPEG-2 и динамические и статистические сцены смотрятся весьма неплохо.

Signal to Noise Ratio (SNR) Scalability (масштабирование соотношения сигнал/шум) – при действии этого алгоритма разные по приоритету слои кодируются с разным качеством. Низкоприоритетные слои более дискретизированны, более грубы, соответственно, содержат меньше данных, а высокоприоритетный слой содержит дополнительную информацию, которая при декодировании позволяет восстановить высококачественное изображение.

Temporal Scalability (временное масштабирование) – после действия этого алгоритма у низкоприоритетного слоя уменьшается количество ключевых блоков информации, при этом высокоприоритетный слой, напротив, содержит дополнительную информацию, которая позволяет восстановить промежуточные кадры, используя для предсказания информацию менее приоритетного слоя.

У всех этих алгоритмов много общего: они работают со слоями потока видеоданных. Использование этих алгоритмов позволяет достичь высокого сжатия при практически незаметном ухудшении картинки.

Системный уровень MPEG-2

Как уже отмечалось, системная часть стандарта MPEG-2 регламентирует порядок формирования единого (транспортного) потока данных из множества элементарных потоков и определяет порядок их кодирования. После сжатия звуковой и видеоинформации на выходе соответствующих кодеров формируются элементарные потоки (ES — Elementary Stream).

Рис.3.4. Структура ES, PES и транспортного потоков MPEG-2

Из всех подаваемых на вход мультиплексора пакетированных элементарных потоков формируется транспортный поток. Кроме PES, на мультиплексор поступают сигналы синхронизации и различные цифровые данные, например, телетекст, коды доступа и т. д. Структура ES, PES и транспортного потоков представлены на рис.3.4.

Элементарный поток содержит только один вид кодированной информации – звук или видео. Пакетированный элементарный поток состоит из заголовка пакета и следующего за ним пакета данных переменной длины (до 64 килобайт). Заголовок пакета состоит из следующих полей:

Стартовый код – три байта.
Код идентификации – один байт. Обеспечивает распознавание до 16 видео- и 32 аудиопрограмм.. Каждая из этих 48 программ может иметь «данные пользователя». Эта информация может использоваться для того, чтобы обеспечить адресность верхней части набора или другие функции.
Поле длины данных заголовка PES-пакета. Указывает количество байтов дополнительных данных заголовка, которые могут присутствовать до начала старта пакета. Дополнительные данные могут иметь длину до 200 байт.
Флаги 1 и 2 показывают: присутствуют или нет дополнительные поля (области). Они содержат информацию о зашифрованности сигнала, его приоритете, а также поля дополнительной коррекции ошибок и т. д.
Транспортный поток состоит из цепочки PES-пакетов фиксированной длины (188 байт), причем по окончании каждого из них находится 16 байт контрольной суммы. К ним предъявляются следующие требования:

Первый байт данных PES-пакета должен совпадать с первым байтом данных пакета транспортного потока.
Один пакет транспортного потока может содержать данные только одного PES-пакета. В случае, если данные одного PES-пакета заканчиваются в середине пакета транспортного потока, то оставшееся место заполняется полем дополнительной информации.
Качество кодирования и декодирования телевизионных сигналов по стандарту MPEG-2 определяется не только возможностями аппаратных средств, но и уровнем проработки специализированного программного обеспечения.

Стандарт MPEG-4

Разрабатывать данный стандарт начали еще в первой половине 90-х годов прошлого века. В декабре 1999 года был представлен релиз этого формата, получивший официальный статус стандарта ISO/IEC. MPEG-4 задумывался как способ передачи потоковых медиа-данных, в первую очередь видео, по каналам с низкой пропускной способностью. При одном и том же битрейте и определённых условиях кодирования, качество изображения фильма в MPEG-4 может быть лучше MPEG-2. Однако, применение новых алгоритмов сжатия повлекло за собой и существенное увеличение требований к вычислительным ресурсам.
Алгоритм компрессии видео в MPEG-4 работает по той же схеме, что и в предыдущих форматах. При кодировании исходного изображения кодек ищет и сохраняет ключевые кадры, на которых происходит смена сюжета. А вместо сохранения промежуточных кадров прогнозирует и сохраняет лишь информацию об изменениях в текущем кадре по отношению к предыдущему. Полученная, таким образом, информация сжимается по алгоритмам компрессии, аналогичным тем, что применяются в архиваторах. Компрессия звука чаще всего производится в формате MP3 или WMA. Однако, здесь возможно использование любого кодека, вплоть до применяемого в DVD шестиканального AC-3 потока.

Кардинальное нововведение при компрессии видео в MPEG-4 заключается в следующем. В отличие от предыдущих форматов, которые делили изображение на прямоугольники, новый кодек при обработке изображений оперирует объектами с произвольной формой. К примеру, человек, двигающийся по комнате, будет воспринят как отдельный объект, перемещающийся относительно неподвижного объекта – заднего плана. Естественно, алгоритмы поиска и обработки подобных объектов требуют гораздо больше вычислительных ресурсов, нежели в случае MPEG-2.

При кодировании телевизионных программ высокой чёткости (HDTV) как правило, используется алгоритм компрессии MPEG-4.
Приемные антенны

Приемная антенна предназначена для приема и концентрации электромагнитных волн, исходящих cо спутника-ретранслятора. Антенны, применяемые в установках непосредственного телевизионного вещания, не имеют каких-либо принципиальных отличий от антенн СВЧ, используемых в других радиосистемах. По мере развития спутниковой связи совершенствовалось и приемное оборудование. Новые достижения радиоэлектроники, повышение мощности ретрансляторов и установка на КА передающих антенн, формирующих узкий луч, позволили уменьшить размеры приемной антенны до 40 — 60 см. К современной антенне, кроме достаточно жестких технических требований, предъявляются также требования экономической целесообразности, эстетики, надёжности эксплуатации.
В настоящее время приемные антенны СНТВ можно разделить на 2 типа:

Зеркальные.
Плоские.
Существуют также антенны других конструкций (рупорные, линзовые), но, несмотря на ряд ценных качеств, из-за высокой стоимости они находят лишь ограниченное применение. Однако не исключена возможность, что в дальнейшем они будут использоваться более широко.
Основные электрические характеристики приемных антенн

Рис.4.1. Сферические 
координаты точки 
наблюдения

При рассмотрении общих электрических параметров, характеризующих качество антенны, необходимо отметить, что, как следует из теории антенных устройств, приемные и передающие антенны имеют одни и те же электрические характеристики.
Рабочий диапазон волн — это диапазон, в пределах которого антенна сохраняет с заданной точностью свои основные параметры (направленное действие, поляризационную характеристику, согласование). Требования к постоянству параметров в пределах рабочего диапазона могут быть различными в зависимости от условий использования антенны. Если ширина рабочего диапазона не превосходит нескольких процентов от длины средней волны диапазона, то антенна называется узкодиапазонной, а если составляет несколько десятков процентов и больше —широкодиапазонной.

Существенное значение имеют характеристики направленности. Благодаря возможности создания антенн с высокой пространственной избирательностью осуществляется прием программ спутникового ТВ вещания.

Наглядное представление о распределении энергии волн дает амплитудная характеристика направленности. Характеристика направленности приемной антенны определяется величиной наводимой в ней электродвижущей силы (ЭДС) в зависимости от направления в пространстве (или от угла падения приходящей волны). Направление определяется азимутальным φ и меридиональным θ углами сферической системы координат (рис.4.1). При этом поле измеряется на одном и том же (достаточно большом) расстоянии r от антенны и предполагается, что потери в среде отсутствуют.

Рис.4.2. Диаграммы направленности в полярной и декартовой системах координат

Графическое изображение характеристики направленности называют диаграммой направленности. Пространственная диаграмма направленности изображается в виде поверхности f (φ,θ). Пользоваться такой диаграммой неудобно. Поэтому на практике обычно строят диаграммы направленности в какой-нибудь одной плоскости, в которой она изображается плоской кривой f(φ) или f(θ) в полярной или декартовой системе координат.

Данное определение относится к диаграмме направленности по полю. В некоторых случаях используется понятие характеристики (диаграммы) направленности по мощности, которая определяется зависимостью плотности потока мощности от направления в пространстве.

Плотность потока мощности представляет собой мощность излучения, проходящего через единичную площадку, расположенную перпендикулярно направлению распространения волны. Поэтому диаграмма направленности по мощности пропорциональна f2 (φ,θ). Характеристика направленности, максимальное значение которой равняется единице, называется нормированной диаграммой и обозначается F (φ,θ). Она легко получается из ненормированной характеристики путем деления всех ее значений на максимальное: F (φ,θ) = f (φ,θ)/ f (φ,θ).

На рис.4.2 представлены нормированные f (φ, θ) диаграммы направленности в полярной и декартовой системах координат. Область 1 называют основным (главным) лепестком, области 2 — задними и боковыми лепестками. Чем меньше угол раствора главного лепестка и уровень заднего и боковых лепестков, тем больше уровень сигнала на выходе антенны и выше помехозащищенность приема.

Направленное действие антенны часто оценивают по углу раствора диаграммы направленности, который также называют шириной диаграммы. Под шириной 2θ0,5 диаграммы (главного лепестка) подразумевают угол между направлениями, вдоль которых напряженность поля уменьшается в √2 раз по сравнению с напряженностью поля в направлении максимума излучения (рис.4.3). Поток мощности соответственно уменьшается вдвое. В некоторых случаях под шириной 2θ0 подразумевают угол между направлениями (ближайшими к направлению максимума), вдоль которых напряженность поля равна нулю.

Для сравнения направленных антенн вводят параметр – коэффициент направленного действия (КНД). Коэффициент направленного дей-ствия D — это число, показывающее, во сколько раз пришлось бы увеличить мощность излучения антенны при переходе от направленной антенны к ненаправленной при условии сохранения одинаковой напряженности поля в месте приема (при прочих равных условиях):

D = PΣO/PΣ,
(4.1)
где PΣO — мощность излучения ненаправленной антенны; PΣ — мощность излучения направленной антенны.

Коэффициент направленного действия приемной антенны показывает, какому увеличению мощности передатчика эквивалентно даваемое направленной антенной превышение сигнала над уровнем помех (по сравнению с приемом на ненаправленную антенну) при условии равномерного распределения помех во всех направлениях.

Коэффициент направленного действия для реальных антенн достигает значения от единиц до нескольких тысяч. Он показывает выигрыш в мощности, который можно получить за счет использования антенны направленного действия, но не учитывает возможных в ней потерь.

Рис.4.3. Диаграммы направленности 
приемной антенны

Эффективная площадь антенны А характеризует площадь поверхности, с которой приемная антенна собирает энергию, и определяется как отношение максимальной мощности, которая может быть отдана приемной антенной (без потерь) в согласованную нагрузку, к мощности ∏, приходящейся на единицу площади в падающей (не искаженной антенной) плоской волне:

А = Рпр/∏,
(4.2)
где ∏ численно равно модулю вектора Пойтинга. Между эффективной площадью А и коэффициентом направленного действия D антенны существует следующая связь:

D = 4πA/λ2
(4.3)
или

A = D λ2/4π,
(4.4)
где λ - длина волны.

Поскольку параметр D применяется как к передающим, так и к приемным антеннам, постольку и параметр А также может быть использован для характеристики свойств любых антенн — и приемных, и передающих. Для суждения о выигрыше, даваемом антенной, при учете, как ее направленного действия, так и потерь в ней служит параметр, называемый коэффициентом усиления антенны.

Коэффициент усиления антенны равен произведению КНД на ее КПД:

G = Dη.
(4.5)
С учётом (4.1), получаем: G = PΣO/PA.
(4.6)
Отношение мощностей в последнем выражении определяется при условии получения одинаковой напряженности поля в точке приема. Таким образом, коэффициент усиления показывает, во сколько раз нужно уменьшить (или увеличить) мощность, подводимую к направленной антенне, по сравнению с мощностью, подводимой к идеальной ненаправленной антенне без потерь, для того чтобы получить одинаковую напряженность поля в данном направлении. Если специальных оговорок не делается, то под коэффициентом усиления (так же, как и под коэффициентом направленного действия) подразумевается его максимальное значение, соответствующее направлению максимума диаграммы направленности.

Антенна должна иметь возможно больший коэффициент усиления G и, следовательно, большие геометрические размеры, что делает ее дорогостоящим сооружением. Поэтому при заданной геометрической площади важно получить максимальный коэффициент усиления G. Фактически, из-за неточностей, допускаемых при изготовлении антенны, из-за деформаций, вызываемых ветровыми нагрузками, односторонним солнечным нагревом и т. п., реальное усиление оказывается ниже максимального.

Рис.4.4. Колебания спутника-ретранслятора на геостационарной орбите

С увеличением значения G должна уменьшаться ширина главного лепестка диаграммы направленности. В случае уменьшения ширины диаграммы направленности до величин менее одного градуса необходимо снабжать антенну системой слежения, так как геостационарные спутники совершают сложные гармонические годовые и суточные колебания, которые с Земли наблюдаются в форме изменяющейся восьмерки (рис.4.4).

Увеличение ширины диаграммы направленности приводит к уменьшению коэффициента усиления GH, и как следствие, падению мощности сигнала на входе приемника. Исходя из этого, оптимальной диаграммой для индивидуальных приемных устройств следует признать диаграмму направленности с шириной главного лепестка в пределах 1 - 2°.

К уменьшению коэффициента усиления G приводит также наличие в диаграмме направленности антенны боковых лепестков. Еще одна причина, заставляющая уделять особое внимание боковым лепесткам, состоит в необходимости обеспечения высокой помехозащищенности приемной установки.

Через боковые лепестки на вход приемника могут попадать помехи от соседних спутников-ретрансляторов, от наземных радиолокаторов и радиорелейных линий связи, работающих в СВЧ диапазоне, и т. д. Таким образом, снижение уровня боковых лепестков (особенно уровня первого бокового лепестка) позволяет значительно повысить помехозащищенность приемной установки.

Большое значение имеют поляризационные свойства антенны. Распространяющаяся электромагнитная волна характеризуется векторами электрической Е и магнитной Н напряженности электромагнитного поля. Векторы Е и Н вдоль направления распространения волны непрерывно изменяют во времени свои значения в соответствии с законом, по которому изменялся ток в проводнике, возбудивший электромагнитную волну (рисунок 4.5). Особую роль при распространении волны играет пространственная ориентация этих векторов. Поляризация излучения определяется положением вектора Е. Зная направление этого вектора в пространстве и изменение этого направления во времени, можно составить представление о характере поляризации волны.

В случае линейной поляризации вектор напряженности электрического поля колеблется по направлению от положительного до отрицательного в вертикальной или горизонтальной плоскости (вертикальная или горизонтальная поляризация) (рис.4.5, а, б).

Более сложное представление имеет вращающаяся поляризация (рис.4.5, в). В этом случае вектор Е в точке наблюдения непрерывно меняет свою ориентацию. За период волны вектор Е делает один полный оборот в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Кривая, которую описывает конец этого вектора в точке наблюдения за один период, называется поляризационной характеристикой.

Поляризационная характеристика антенны с вращающейся поляризацией представляет собой эллипс. Определяющими параметрами эллипса, являются коэффициент эллиптичности т и угол наклона а (рис.4.6). Коэффициент эллиптичностипредставляет собой отношение малой полуоси эллипса (ОА = а) к большой (ОВ = b):

m = а/b
(4.7)
Коэффициент m в общем случае может принимать значения от 0 до 1 (0 соответствует линейно поляризованному полю, 1 — полю с круговой поляризацией). Углом наклона а называется угол между большой осью эллипса и координатной осью X (рис.4.6, в). Для более полной оценки поля в точке наблюдения наряду с параметрами эллипса необходимо знать также направление вращения вектора Е и его начальную фазу (положение вектора Е в плоскости ХОY в момент времени t = 0).

В зависимости от направления вращения вектора Е различают поля правого и левого вращения. Полем левого вращения называется такое поле, вектор вращения Е которого вращается по часовой стрелке для наблюдателя, смотрящего навстречу направлению распространения волны. Вектор Е поля правого вращения вращается против часовой стрелки.

Рис.4.5. Структура электромагнитной волны: 
а - вертикальная поляризация; б - горизонтальная поляризация; в - вращающаяся поляризация.

На рис.4.6 изображены различные поляризационные характеристики. Поляризационные характеристики, изображенные на рис.4.6, а, б, соответствуют линейно поляризованному полю (т = 0) и представляют собой прямую линию, ориентированную вдоль оси Y (вертикальная линейная поляризация) или вдоль Х (горизонтальная линейная поляризация). Показанная на рис.4.6, в поляризационная характеристика соответствует полю с вращающейся поляризацией и представляет собой эллипс (0 < m < 1). На рис.4.6, г представлена поляризационная характеристика поля с круговой поляризацией (m = 1) правого направления вращения (волна распространяется вдоль оси Z).

Рис.4.6. Поляризованные поля: 
а - вертикально; б — горизонтально; в — эллиптически; 
г — поле круговой поляризации правого направления вращения; 
д — поле круговой поляризации левого направления вращения; 
е — представление поля с вращающейся поляризацией двумя взаимно перпендикулярными векторами

Необходимо отметить, что поляризация волн, проходящих через направление максимального излучения (главный лепесток), называется главной, или основной. В других плоскостях имеется составляющая поля, поляризованная перпендикулярно основной поляризации. Эта составляющая называется кроссполяризационной и является нежелательной. Уровень кроссполяризационного излучения определяется как отношение мощности, излучаемой антенной в направлении максимума на рабочем виде поляризации, к мощности, излучаемой этой же антенной, на побочном виде поляризации в направлении максимума побочного излучения.

Поляризация сигнала, излучаемого спутником-ретранслятором, определяется конструкцией его передающей антенны. Для обеспечения качественной телевизионного приема необходимо (!) чтобы поляризация приемной антенны соответствовала поляризации принимаемого сигнала.

Таким образом, исходя из приведенных выше сведений, можно сформулировать требования к основным характеристикам приемных антенн непосредственного телевизионного вещания. Антенны должны обладать:

Высоким коэффициентом усиления (35 — 50 дБ) при достаточно высоком коэффициенте использования поверхности (0,5 — 0,7).
Низким уровнем боковых лепестков (—25...—35 дБ).
Малым значением шумовой температуры (20 — 30 К).
Низким уровнем кроссполяризации (—30... —35 дБ).
Необходимыми динамическими характеристиками и конструкцией, обеспечивающими сохранение электрических характеристик и надеж-ной работы в заданных климатических условиях.
Сегодня, приведенным выше требованиям, наиболее полно соответствуют зеркальные антенны, которые в основном и применяются в спутниковой радиосвязи.

Рис.4.7. Парабола y=x2/4F, где F=4

Рис.4.8. Передающая (а) и приемная (б) 
зеркальные антенны

Зеркальные антенны

Практически все антенны, которые используются в индивидуальных установках — это параболические зеркальные антенны, выполненные по однозеркальной схеме. Зеркальная антенна - это система из одного или нескольких металлических зеркал. При прочих одинаковых характеристиках зеркальные антенны оказались самыми дешевыми и технологичными.
Поверхность зеркала представляет собой вырезку из параболоида вращения — тела, образованного вращением кривойy=x2/4F (параболы) вокруг оси OY. Такое зеркало концентрирует в точке (0; F) энергию радиоволн, если они приходят с направления, совпадающего с направлением оси OY.

Источником (приемником) электромагнитной волны обычно служит небольшая элементарная антенна, называемая, в этом случае, облучателем зеркала, или просто облучателем. Зеркало и облучатель являются основными элементами зеркальной антенны. На рис.4.8, а представлен вариант зеркальной антенны в качестве передающей. В случае построения такой антенны как приемной (рис.4.8,6) облучатель является уже не источником электромагнитного излучения, а приемником, который принимает сфокусированный антенной сигнал и передает его в конвертор.

Однозеркальные антенны

Широко известный и исторически первый тип зеркальных антенн — осесимметричный параболический рефлектор с расположенным в его фокусе облучателем. Достоинствами такой антенны являются простота и относительно невысокая стоимость. Именно поэтому такие антенны более всего подходят для индивидуальных приемных установок. Принцип работы зеркальных антенн проще всего рассмотреть с помощью метода геометрической оптики. Схема осесимметричной параболической антенны изображена рис.4.9.
Действие параболического зеркала заключается в том, что лучи, расходящиеся из фокуса, после отражения от поверхности становятся параллельными (см. рис.4.8,а). Параллельным лучам соответствует плоский фронт волны. Если в фокусе параболической антенны поместить источник сферической волны, то после отражения от зеркала она преобразуется в плоскую. В случае работы такой антенны в качестве приемной, падающая электромагнитная волна после отражения концентрируется в фокусе, в котором расположен облучатель. В качестве отражающих поверхностей, в основном, применяют металлические зеркала, дающие практически полное отражение падающих на них лучей.

Методы геометрической оптики, согласно которым каждый луч облучателя, падающий на какую-либо точку параболоида, создает определенный отраженный луч, являются приближенными. Строго говоря, геометрическая оптика справедлива, если длина электромагнитной волны бесконечно мала по сравнению с размерами зеркала и радиусами его кривизны. Более точное физическое объяснение принципа действия зеркальной антенны состоит в следующем. Энергия электромагнитного поля, направляемая облучателем на зеркало, возбуждает токи на его поверхности. Каждый элемент поверхности параболоида, обтекаемый током, может рассматриваться как элементарный источник, излучающий энергию в различных направлениях (широкая диаграмма направленности). Для получения узкой диаграммы направленности, необходимо распределить энергию между элементарными источниками так, чтобы в нужном направлении поля их излучений оказались синфазными. На рис.4.9 приведены основные геометрические характеристики параболоидного рефлектора: Ro — радиус антенны; f — фокусное расстояние; В — глубина рефлектора; F — фокус зеркала; 2ψ0 — угол раскрыва апертуры.

Часть плоскости z = z0, ограниченная кромкой параболоида (см. рис.4.9), называется раскрывом зеркала. Радиус Roэтого круга называется радиусом раскрыва. Угол 2ψ0, под которым видно зеркало из фокуса, называется углом раскрыва зеркала.

Рис.4.9. Геометрические характеристики 
параболоидного рефлектора

Форму зеркала удобно характеризовать либо отношением радиуса раскрыва к удвоенному фокусному расстоянию (параметру параболоида) R0/2f, либо величиной половины угла раскрыва TQ. Зеркало называется мелким, или длиннофокусным (рис.4.10, а), еслиRo< 2f(ψ0< π/2), и глубоким, или короткофокусным (рис.4.9, в), если Ro> 2f( ψ0 > π/2). При Ro = 2f(ψ0 = π/2) фокус зеркала лежит в плоскости его раскрыва. Иногда для оценки антенн используется параметр f/(2Ro), т. е. отношение фокусного расстояния к диаметру. В системах непосредственного телевизионного вещания целесообразно использовать длиннофокусные зеркала, так как с увеличением f/2Roуменьшаются кроссполяризационные потери.

Диаграмма направленности параболической антенны полностью определяется распределением поля в ее раскрыве и соотношением между длиной волны и радиусом раскрыва зеркала. При фиксированном значении раскрыва зеркала главный лепесток диаграммы направленности будет наиболее узким при равноамплитудном распределении поля в раскрыве зеркала. Однако при таком распределении боковые лепестки будут большими.

Если амплитуда поля спадает к краям зеркала, то главный лепесток диаграммы направленности несколько расширяется, а уровни боковых лепестков уменьшаются. Во многих случаях уменьшение уровня боковых лепестков является весьма желательным, вследствие чего зеркало облучают так, чтобы амплитуда поля уменьшалась при перемещении от центра раскрыва к его краям. Однако уменьшение амплитуды поля к краям площадки ведет к уменьшению коэффициента использования поверхности раскрыва, что нежелательно. Вследствие этого ищется компромиссное решение вопроса о наиболее рациональном облучении зеркала. Если от зеркальной антенны стремятся получить наибольший коэффициент усиления, то зеркало облучают так, чтобы амплитуда поля на его краях была на 10дБ ниже, чем в центре раскрыва. Если стремятся, по возможности, уменьшить, уровень боковых лепестков и, следовательно, собственную шумовую температуру антенны, то понижение амплитуды поля к краям зеркала достигает 15 — 20 дБ. Как уже указывалось, распределение поля в раскрыве зеркала определяется диаграммой направленности облучателя и соотношением между радиусом раскрыва и фокальным параметром параболоида. Выбирая тот или иной облучатель, размер параболоида и значение фокусного расстояния, добиваются получения требуемой диаграммы направленности зеркальной антенны.

Рис.4.10. Зеркала различной глубины: — мелкое 
(длиннофокусное); б — среднее по глубине; 
в - глубокое (короткофокусное)

Диаграммы направленности зеркал различной глубины также различны. Это объясняется различием в распределении амплитуд поля в раскрыве зеркал. Менее глубокие зеркала облучаются более равномерно. Вследствие этого главный лепесток у них получается более узким, но зато боковые лепестки увеличиваются.

Получить заданное амплитудное распределение в раскрыве можно различными способами:

Выбором диаграммы направленности облучателя.
Введением в антенную систему дополнительных рефлекторов (например, использование двухзеркальных антенн).
Модификацией формы зеркала.

Рис.4.11. Использование цилиндрических 
экранов для уменьшения бокового излучения

Как следует из вышеизложенного, снижение уровня боковых лепестков может быть обеспечено спадом амплитуды возбуждения от центра к краю антенны. Но существуют и другие факторы, влияющие на дальнее боковое излучение, среди которых наиболее существенный — «перелив» излучения облучателя. Наиболее эффективный и простой способ ослабления влияния этих факторов — использование цилиндрических экранов (бленд). Они размещаются по контуру раскрыва зеркала (рисунок 4.11, а) и позволяют снизить дальнее боковое излучение на 5 — 10 дБ.

Продольный размер экрана подбирают так, чтобы уровень возбуждения его кромки был близок к нулю. Для уменьшения боковых лепестков в переднем полупространстве (z > 0) внутреннюю поверхность экрана иногда покрывают материалом, поглощающим излучение. Дифракционные поля, возникающие на кромке бленды, являясь синфазными, создают высокий уровень поля в обратном направлении. Для снижения этого уровня кромке можно придать специальную форму, при которой дифракционные поля от отдельных участков кромки будут расфазированы. На рис.4.12 показаны возможные формы расфазирующих кромок. Аналогичного эффекта можно добиться применением скошенных бленд (рис.4.11,6).

Дифракционное излучение кромки может быть значительно уменьшено, если периферийную область зеркала сделать полупрозрачной. Это достигается ее перфорацией, причем диаметр отверстий должен увеличиваться по мере приближения к кромке, как это показано на рис.4.13.

Сравнительно простой способ подавления дифракционного поля заключается в использовании дополнительных экранов. Форма и число экранов могут быть самыми различными. На рис.4.14 показаны сечения параболических зеркал с экранами. Во всех случаях поле в заднем полупространстве формируется за счет дифракции поля облучателя на кромке экранов. Использование одиночного плоского экрана позволяет уменьшить величину напряженности поля в заднем полупространстве на 8 — 14 дБ, а двух экранов — на 20 — 25 дБ. При этом точность изготовления и установки экранов могут быть невысокими.

Рис.4.12. Расфазирующие кромки

Рис.4.13. Перфорация зеркала для 
уменьшения дифракционного излучения


Рис.4.14. Параболическое зеркало уменьшения 
дифракционного излучения

Коэффициент направленного действия D параболической антенны удобно определять через эффективную площадь ее поверхности А:
D = 4πА/λ2 = 4πS v/λ2,
(4.8)
где S = πRo2 — площадь раскрыва; v — коэффициент использования поверхности раскрыва.

Численное значение коэффициента использования поверхности раскрыва определяется не только законом распределения амплитуды поля по раскрыву антенн, но и рядом других факторов, обусловленных конструкцией антенны. К ним относятся: утечка части мощности облучателя за края зеркала (описывается коэффициентом vy), затенение части раскрыва антенны облучателем v3, интерференция поля антенны и поля облучателяvи, неточность совмещения фазового центра облучателя с фокусом зеркала Vф, потери на кроссполяризацию vK и ряд других. Суммарный коэффициент использования поверхности антенны может быть выражен через эти коэффициенты следующим образом:
v=vyvиv3vфvKva,
(4.9)
где va — коэффициент использования, определяемый законом распределения амплитуды облучения по раскрыву антенны. Отдельные сомножители этого выражения не могут одновременно принимать своих максимальных значений. Например, максимальный коэффициент усиления зеркальной антенны соответствует равномерному распределению поля в раскрыве (va= 1), при котором невозможно избежать утечки мощности облучателя за пределы зеркала. Широко распространенный компромиссный вариант состоит в том, что края антенны возбуждаются примерно на 10 дБ слабее, чем ее центр. При этом произведение va и vy составляет 0,7 — 0,8.

Коэффициент направленного действия не отражает потерь энергии на рассеивание, т. е. потерь излучения вследствие его прохода от облучателя мимо зеркала. Поэтому КНД параболических зеркал не является параметром, достаточно полно характеризующим выигрыш, получаемый от их применения. Для более полной характеристики следует использовать такой параметр, как коэффициент усиления антенны:

G= Dη,
(4.10)
где η — коэффициент полезного действия.

У зеркальных антенн с рупорным или волноводным облучателем кроссполяризационные составляющие небольшие. Из-за отсутствия симметрии уровень кроссполяризационного поля для зеркала со смещенным облучателем относительно высок. Возможность двукратного использования частот на основе развязки по поляризации ограничена деполяризующими факторами среды распространения: осадками, облаками и ионосферными слоями атмосферы. Для волн с ортогональными поляризациями капли дождя, которые имеют сплюснутую форму, обусловливают различные эффективные длины путей, что влияет на уровень порождаемого ими кроссполяризационного излучения. В ионосфере происходит поворот плоскости поляризации линейно поляризованной волны, вызванный эффектом Фарадея. Это приводит к поляризационным потерям, обусловленным рассогласованием поляризаций принимаемого поля и приемной антенны.

Зеркальные антенны с вынесенным облучателем

Кроме классических зеркальных рефлекторов в СНТВ большое распространение получили антенны с вынесенным из фокуса облучателем (офсетные антенны), схематически изображенные на рис.4.15.
При расположении фазового центра облучателя в фокусе параболоида фронт волны, отраженной от зеркала, будет плоским. Направление максимума излучения совпадает с направлением зеркала оптической оси. Смещение облучателя в направлении, перпендикулярном оптической оси зеркала, вызывает отклонение направления главного максимума излучения в сторону, противо-положную смещению облучателя. На рис.4.16 представлены геометрические характеристики зеркальной антенны в случае, когда облучатель смещен на величину ΔХ.

Рассмотрим фронт волны в раскрыве зеркала приемной антенны. Если облучатель находился в фокусе F, луч доходит от любой точки раскрыва до точки F примерно за одно и то же время t. При размещении облучателя в точке F (рис.4.16) луч придет из точки А раньше, чем из точки В. В результате поле из точки А будет опережать по фазе поле из точки В и фронт волны отклонится на некоторый угол α. Направление максимума излучения всегда перпендикулярно фронту волны, и, следовательно, вся диаграмма направленности отклонится на тот же угол а в сторону, противоположную смещению облучателя. Вынос облучателя приводит не только к отклонению диаграммы направленности, но и к ее искажению вследствие нарушения линейного закона изменения фазы поля в раскрыве (рис.4.17). Это расширяет главный лепесток и увеличивает уровень боковых лепестков, что ведет к снижению коэффициента усиления. Чем мельче зеркало, тем меньше будут искажения при том же угловом смещении облучателя, т. е. тем на больший угол можно отклонить диаграмму направленности, сохраняя, в основном, ее форму. К недостаткам офсетных антенн следует также отнести более высокий уровень кроссполяризации, приводящий к дополнительным помехам.

Рис.4.15. Приемная офсетная 
зеркальная антенна Рис.4.16. Отклонение диаграммы 
направленности, вызванное смещением 
облучателя в направлении, 
перпендикулярном оси параболоида

Рис.4.17. Линии равных фаз 
отраженного от зеркала поля 
для различных смещений облучателя Рис.4.18. Затенение облучателем 

и опорами поверхности рефлектора 
у неофсетной антенны

Рис.4.19. Ориентация прямофокусной (слева) 
и офсетной (справа) антенн на спутник

Осевая симметричность зеркала учитывается при установке и ориентации антенны. Прямофокусная антенна ориентируется так, чтобы ее оптическая ось (ось симметрии) совпадала с направлением на спутник. Ось же офсетной антенны должна быть отклонена от направления на спутник на некоторый угол ΔХ, что более предпочтительно в условиях снежного и дождливого климата (рис.4.19).

Мультифокусные зеркальные антенны

Мультифокусные зеркальные антенны разработаны для обеспечения приема с нескольких (обычно 2 — 3) спутников ТВ программ одной антенной, не оснащенной поворотным устройством (рис.4.20). Облучатели крепятся при помощи дополнительного устройства (рис.4.21, 4.22).
В случае применения такой системы необходимо учитывать, что прием сигнала будет не так «чист», поскольку менее эффективно используется площадь рефлектора (см. рис.4.20).

Рис.4.20. Сферическая геометрия мультифокусной антенны


Рис.4.21. Вариант крепления 
двух облучателей Рис.4.22. Вариант крепления 
трех облучателей

Неизбежные при этом потери сигнала можно компенсировать увеличением диаметра зеркала.

Особую популярность такие системы приобрели в Европе для просмотра ТВ каналов со спутников Hot Bird, Astra, Eutelsat и др.
Точность выполнения, технология изготовления и материалы рефлекторов

Изготовить зеркальную антенну, профиль которой полностью соответствовал бы выражениям, описывающим параболоид, невозможно, так же как невозможно сделать какое-либо устройство с абсолютной точностью.

Рассмотрим, как влияет отклонение формы поверхности зеркала от параболоида на характеристики антенны. Из анализа хода лучей в параболическом рефлекторе (рис.4.23) видно, что в результате отклонения формы поверхности изменяется расстояние, преодолеваемое лучами 1 и 2 от точки А до прямой БВ. В результате электромагнитное поле в раскрыве антенны оказывается несинфазным (возникают фазовые ошибки). Эти ошибки приводят к ухудшению практически всех электрических характеристик антенны:
Расширяется главный лепесток диаграммы направленности, и, как следствие, падает усиление антенны.
Увеличивается уровень бокового излучения.
Растет кроссполяризационная составляющая.
Кроме этого, при эксплуатации антенной системы возникает ряд нежелательных эффектов, приводящих к отклонению формы поверхности зеркала: деформация антенны под действием ветровой нагрузки; воздействие силы тяжести, приводящее к провисанию кромок зеркала, т. е. к его деформации; неравномерный нагрев поверхности зеркала под действием солнечных лучей, так же приводящий к деформации (перепад температур между поверхностью ориентированной к Солнцу, и поверхностью, ориентированной в область тени, может составлять до 15 °С). Суммарное отклонение профиля антенны определяется действием всех перечисленных факторов.

Рис.4.23. Ход электромагнитной
волны в деформированном
рефлекторе
Для индивидуальной зеркальной спутниковой антенны отклонение формы поверхности величиной 2мм приводит к снижению коэффициента усиления приблизительно на 10%. У лучших современных антенн, предназначенных для диапазона 10 - 12 ГГц, суммарно отклонение не превышает 0,5 мм. Для антенн с малой кривизной зеркала обеспечить высокую точность поверхности гораздо легче, чем для глубоких зеркал.

Рефлекторы могут быть:

Сплошные.
Перфорированные.
Сетчатые.
Определенный интерес вызывают перфорированные рефлекторы. Они представляют собой зеркало, по всей поверхности которого расположены отверстия.

В случае, если их диаметр много меньше длины волны (d << 1), то эти отверстия не оказывают никакого отрицательного влияния на отражающую способность поверхности (при высоком качестве изготовления), т.к. будут представлять собой волновод с размером менее критического, и практически вся падающая волна будет отражаться. Достоинством таких рефлекторов являются меньшие ветровые нагрузки и масса, а также то, что они мало задерживают влагу. Считается, что перфорированные рефлекторы лучше вписываются в архитектурный стиль исторических районов города. Однако в Кu-диапазоне коэффициент усиления таких рефлекторов меньше по сравнению со сплошными.

Рефлекторы должны удовлетворять следующим основным требованиям:

Отражающая поверхность должна соответствовать разработанной форме и оставаться неизменной в течение всего срока эксплуатации.
Индивидуальные антенны должны иметь достаточно простую конструкцию.
На срок службы рефлектора, в основном, влияет конструкция, материал и способ изготовления. Антенна функционирует с заданными параметрами пока она новая, но с течением времени, по мере воздействия внешних факторов, эффективность ее работы снижается. При расчетах и изготовлении рефлектора должны быть учтены допуски на расширение и сжатие материала, из которого он изготовлен, обусловленные воздействием ветра, тепла, коррозии и других факторов внешнего воздействия. Рефлектор — это наиболее критичный компонент приемного комплекса.

При изготовлении зеркал параболических антенн наибольшее распространение в настоящее время получили методы раскатки и штамповки металла, а также горячей прессовки композитных материалов (различных пластиков). Выбор технологии производится в зависимости от диаметра зеркал и особенностей формы их рабочей поверхности. Кроме того, на него влияет наличие производственной базы и объем выпуска. При изготовлении металлических рефлекторов чаще всего используются различные виды листовой штамповки: вытяжка с утонением и без утонения, штамповка взрывом, резиновым пуансоном и др. Очевидно, что применение каждого из этих методов должно быть обосновано с экономической точки зрения.

Снизить стоимость оборудования при обработке давлением позволяет использование гидравлической вытяжки и штамповки взрывом. Для формовки зеркал параболических антенн ведутся работы по применению штамповки резиной. Желание избавиться от одного из жёстких элементов штампа обусловлено сложностью изготовления и дороговизной крупногабаритной стальной детали (пуансона) параболической формы. При использовании указанных способов штамповки шероховатость поверхности зеркала доводится до допустимой величины путем обработки листовой заготовки, так как при последующей формовке она остается неизменной.

На холодной деформации листовой заготовки основана и ротационная раскатка, выполняемая стальными роликами по деревянной или металлической форме. Достигаемая при этом точность составляет ±0,1мм. Процесс ведётся либо на универсальных станках, либо на специальных приспособлениях.

При изготовлении зеркал параболических антенн получило распространение и литье. Оно позволяет выполнить заготовку зеркала с крепежными элементами конструкции, обеспечивающими его механическую прочность. Недостатками являются высокая стоимость форм (используется чаще всего литье под давлением) и необходимость доводки зеркала по шаблону.

Интересен метод формирования параболического зеркала во вращающейся (со скоростью до 1000 об/мин) круглой емкости с расплавленным металлом. Под действием вихревых токов металл (как правило, алюминий) расплавляется в ванне, после чего она приводится во вращение. Под действием центробежных сил поверхность металла приобретает форму параболоида. Затвердевание следует проводить в процессе вращения, как можно быстрее понижая температуру ванны, чтобы избежать искажения заготовки. Параметры параболического зеркала варьируются размерами ванны и скоростью вращения.

Материал, из которого изготовлено зеркало антенны, во многом определяет характеристики и гарантийный срок эксплуатации. В настоящее время антенны выполняют из стали, алюминиевого сплава и пластика. Стальные и алюминиевые рефлекторы имеют хорошие электрические и механические характеристики. Одним из существенных преимуществ таких рефлекторов особенно стальных) является невысокая стоимость.

Стеклопластиковые рефлекторы изготавливаются путем проклеивания многих слоев стеклоткани. Далее поверхность оклеивается алюминиевой фольгой. Основным недостатком таких антенн является нарушение геометрии зеркала, так как клеевые структуры со временем теряют свою форму, коробятся, особенно под воздействием солнечных лучей.

Антенны из литого термопластика изготавливаются следующим образом. На полученную методом прессования чашеобразную заготовку наносят трехслойное покрытие: грунт, токопроводящую никелевую краску и защитный лак. Иногда в пластик добавляют металлический порошок-наполнитель либо армируют проволочной сеткой.

Необходимо отметить, что в настоящее время зарубежные фирмы-производители достигли очень хороших результатов при изготовлении пластиковых рефлекторов методом горячей штамповки. Они гарантируют стабильность электрических характеристик рефлектора в течение 10 — 15 лет эксплуатации.

Например, антенны Euston выполнены из стекловолоконного армированного непропитанного полиэстрового композиционного материала – специального твердого и инертного диэлектрика, стойкого к механическим, химическим и температурным воздействиям. Электромагнитная волна отражается за счет специальной установленной внутри алюминиевой сетки, которая работает рефлектором (размер ячейки специально подобран, чтобы вес тарелки был малым, а волна отражалась полностью).
Облучатели

Совершенно очевидно, что облучатель является весьма ответственным узлом антенной системы, поэтому рассмотрению его конструкции необходимо уделить особое внимание.
Основные требования, предъявляемые к облучателям зеркальных антенн состоят в следующем:

Желательно, чтобы диаграмма направленности облучателя была однонаправленной, имела осевую симметрию и минимальный уровень боковых лепестков. Для получения оптимальных электрических характеристик антенны ширина 2θ0 (рис.5.1) главного лепестка диаграммы направленности F(θ) ее облучателя должна быть согласована с углом 2θ0 раскрыва антенны (в идеальном случае они должны быть равны).
Фазовый центр облучателя не должен быть «размытым». В идеальном случае он должен быть точечным и положение его не должно зависеть от направления. Нарушение этого условия приводит к нарушению синфазности поля в раскрыве зеркала и, следовательно, к искажению диаграммы направленности и снижению коэффициента усиления.
Облучатель должен быть расположен так, чтобы его фазовый центр находился в фокусе зеркала.
Облучатель должен в минимальной степени заслонять зеркало, так как затенение приводит к искажению диаграммы направленности зеркальной антенны, в частности, к увеличению уровня боковых лепестков.

Рис.5.1. Диаграмма направленности облучателя

Облучатель должен быть широкодиапазонным. Заметим, что диапазонность зеркальной антенны в целом полностью определяется диапазонностью облучателя и фидерного тракта, так как параметры самого зеркала либо совсем не зависят от частоты, либо зависят очень слабо. Диапазонность антенны зависит также от взаимного расположения облучателя и зеркала.

Наиболее простую конструкцию имеют облучатели в виде волновода с открытым концом. Волновод представляет собой устройство, осуществляющее передачу энергии сверхвысокочастотного поля от источника к нагрузке. Широкое распространение получили волноводы круглого и прямоугольного сечения (рис.5.2). Распределение поля в поперечном сечении волновода определяется геометрическими размерами этого сечения, частотой и порядковым числом волновода n.

Размеры волновода определяют некоторую нижнюю граничную (критическую) частоту. В волноводе распространяются только те волны, частота которых выше этой критической частоты. Данная особенность волноводов (запредельность) используется в приемных системах для дополнительного подавления сигнала зеркальной частоты. На частотах выше критической имеется бесконечное количество типов волн, которые характеризуются двумя индексами, соответствующими числу максимумов поля Е в поперечном сечении волновода.

Различают следующие основные типы волн:

Етп — волны, называемые также ТМ-волнами, у которых имеется составляющая поля Е, параллельная направлению распространения энергии.
Нтп — волны, называемые также ТЕ-волнами, у которых имеется составляющая поля Н, параллельная направлению распространения энергии.

Рис.5.2. Волноводы (прямоугольный и круглый), 
применяемые в СНТВ

В прямоугольном волноводе индекс т соответствует числу максимумов вдоль широкой стенки а, индекс п — числу максимумов вдоль узкой стенки b. Если вдоль какой-либо стенки изменение Е-поля отсутствует, то используют индекс 0. В круглом волноводе индекс т соответствует половине числа максимумов вдоль окружности поперечного сечения,п — числу максимумов в радиальном направлении.

Если в волноводе возбудить (заставить распространяться) электромагнитную волну, то из его открытого конца в пространство начнет излучаться энергия. Эта особенность и позволяет использовать его в качестве простого облучателя зеркальных антенн. В случае работы антенны на прием облучатель является устройством для передачи энергии, сфокусированной рефлектором, в конвертор.

В качестве облучателя лучше выбрать волновод круглого сечения, так как он в большей степени удовлетворяет требованиям, предъявляемым к облучателям зеркальных антенн. Диаграммы направленности круглого волновода (рис.5.2) в главных плоскостях различаются незначительно, так что объемная диаграмма направленности практически осесимметрична. Вследствие этого диаграмма направленности зеркальной антенны с таким облучателем будет приближаться к поверхности тела вращения вокруг фокальной оси. Получить осесимметричную диаграмму непосредственно с помощью облучателя в виде открытого конца прямоугольного волновода нельзя.

Отметим также, что волновод круглого сечения имеет меньший уровень побочного и обратного излучения по сравнению с прямоугольным волноводом. Кроме того, в результате облучения зеркала открытым концом круглого волновода уменьшается уровень кроссполяризации антенны. Это происходит потому, что поле круглого волновода само создает кроссполяризационное излучение, но противоположной поляризации по сравнению с кроссполяризационным излучением зеркала, образующимся при облучении его линейно поляризованным полем.

Для обеспечения более узкой диаграммы волноводного облучателя, а также для его согласования с рефлектором к концу облучателя присоединяют рупор.

Рис.5.3. Конический рупорный облучатель Рис.5.4. Пирамидальный рупорный облучатель

В этом случае круглый волновод заканчивается коническим рупором (рис.5.3), прямоугольный — пирамидальным (рис.5.4). Синфазные конические и пирамидальные рупоры с гладкими стенками формируют диаграмму направленности, которая в плоскости Н несколько шире, чем в плоскости Е. Это связано с различными законами распределения амплитуд в указанных плоскостях, что приводит к неосесимметричному и неоптимальному распределению поля в раскрыве антенны.

Симметрию диаграмм в плоскостях Е и Н пирамидального рупора при низком уровне бокового излучения можно получить, если заменить ровную кромку рупора зубчатой. Высота зубцов берется близкой к средней длине волны рабочего диапазона, ширина — к половине длины волны. Изрезанность кромки рупора обеспечивает плавный переход от рупора к свободному пространству, что снижает отражение от границы раздела «рупор — свободное пространство». Кроме того, по периметру зубцов текут токи с различной фазе, поэтому средний уровень возбуждения кромки в плоскости Е меньше, чем в рупоре с плоской кромкой.

Рис.5.5. Рупор со спиральной канавкой

Одним из вариантов облучателей с узкой осесимметричной диаграммой является ребристый рупор. По аналогии с ребристым волноводом, поле внутри можно представить бесконечным рядом пространственных гармоник, а во многих случаях, пренебрегая высшими гармониками, ограничиться только основной волной, в данном случае сферической. На гофрированных стенках рупора токи проводимости ослабляются. В силу закона непрерывности полного тока это будет вызывать ослабление электрического поля у стенок рупора, к которым вектор Е нормален. В результате распределение электрического поля в плоскостях Еи Н становится одинаковым, что приводит к идентичности диаграмм направленности рупора в этих плоскостях.

Осесимметричную диаграмму направленности в широкой (почти двукратной) полосе частот можно получить, используя волновод с кольцевыми канавками. В литературе такой волновод называется также гофрированным, или ребристым.

Наивысшая эффективность подавления поверхностных токов достигается при высоте d ребер, превышающей λ/4. На подавление поверхностных токов число ребер влияет слабо, рекомендуется в начале рупора рёбра делать более тонкими, а в конце — более толстыми. С энергетической точки зрения отношение числа ребер к длине рабочей волны желательно уменьшать, а с точки зрения улучшения согласованности — увеличивать и плавно изменять их высоту от нуля до λ/4. Обычно в начале структуры делают 6 — 10 ребер на длину волны, а в конце — 2 — 4 ребра.

Другой способ улучшения согласованности гофрированных рупоров состоит в следующем. Вместо концентрических канавок на стенках рупоров прорезается спиральная канавка с шагом витка вдоль стенки рупора, равным половине длины волны. Каждой точке спирали соответствует диаметрально противоположная точка с постоянной разностью расстояний по стенке рупора, равной λ/4. Отраженные в этих точках волны возвращаются к питающему волноводу с одинаковой амплитудой и в противофазе и взаимно гасятся канавками. Глубина канавок такая же, как и у рупоров с концентрическими канавками. Схема рупора с одной спиральной канавкой показана на рис.5.5, а, а его диаграммы направленности в плоскостях Е и Н при угле раскрыва 2α = 90° — на рис.5.5,б. Сравнение этих диаграмм с диаграммами такого же по геометрии рупора с гладкими стенками позволяет сделать вывод о том, что рупор со спиральной канавкой обладает лучшими характеристиками.

К достоинствам ребристых рупоров относится также возможность получения диаграммы направленности с более крутыми скатами и кроссполяризационного излучения низкого уровня (30 — 35 дБ).

Отметим, что ребра могут быть не только прямоугольными, но и V-образной формы, что упрощает технологию их изготовления и предоставляет возможность использования ребристого рупора вплоть до диапазона миллиметровых волн. Необходимое распределение амплитуды поля можно получить при использовании облучателя с дополнительным рефлектором-экраном, служащим для переотражения части «переливаемой» энергии облучателя в направлении рефлектора. Типовая конструкция такого облучателя представлена на рис.5.6.

Диаграмма направленности облучателя, представленная на рис.5.1, имеет более плоскую вершину и достаточно крутые скаты. Облучатель этого типа можно использовать в антенных системах с достаточно большим диапазоном углов раскрыва. При этом коэффициент использования поверхности раскрыва антенны остается достаточно высоким (рис.5.7). Относительная простота и хорошие электрические параметры явились причинами широкого распространения облучателей такого рода.
Рис.5.6. Типовая конструкция 
облучателя с рефлектором-экраном Рис.5.7. Зависимость КИП антенны 
от угла раскрыва

Достаточно распространены облучатели, работающие в С- и Ku-диапазонах одновременно. Принимаемое излучение разделяется в них на две части. Это удешевляет систему и упрощает процесс монтажа, но и у этой системы есть серьезные недостатки. Один из них - это потеря мощности сигналов Ku-диапозона, другой — меньшая надежность, особенно при низких температурах, из-за наличия движущихся частей электромеханического поляризатора.

Поляризаторы

Как уже отмечалось выше, приемный комплекс должен обеспечивать прием электромагнитных волн различной поляризации. Для этой цели в конструкции антенной системы предусмотрено устройство выбора поляризации –поляризатор.

Рис.6.1. Электромагнитный 
поляризатор

Поляризатор антенны обеспечивает возможность преобразования поляризованных определенным образом электромагнитных волн в сигнал с требуемой для конвертора линейной поляризацией. Широкое распространение получила плавная подстройка поляризации. Потребность в плавном изменении поляризации возникает в системах, предназначенных для приема с нескольких спутников. Одна из причин состоит в том, что сигналы с некоторых спутников передаются не поляризованными в строго вертикальной или горизонтальной плоскости, а наклоненными к ним под определенным углом. Кроме того, сигнал принимается в той же плоскости, в которой был послан, только тогда, когда спутник и приемная антенна находятся на одной долготе. Если cпутник расположен на другой долготе, то, в силу того, что Земля имеет форму шара, плоскость поляризации принятого сигнала расположена под некоторым углом к исходной плоскости поляризации. Причем этот угол тем больше, чем сильнее различаются долготы спутника и приемной антенны.

Поляризаторы систем непосредственного телевизионного вещания могут быть электромагнитными или механическими. Физический принцип действия электромагнитного поляризатора (рис.6.1) основан на эффекте Фарадея. Электрический ток, протекающий в катушке, намотанной на ферритовый стержень, создает продольное магнитное поле. При распространении электромагнитной волны вдоль намагниченного феррита направление ее поляризации отклоняется на некоторый угол. Величина этого угла зависит от длины ферритового стержня и величины магнитного поля, т. е. от величины тока в катушке. Практически это означает, что, изменяя величину тока в катушке, можно добиться совпадения направления поляризации волны на выходе поляризатора с направлением, которое необходимо на входе внешнего блока.

Рис.6.2. Разделитель поляризации 
(ортомод)

Сложность заключается в том, что для сигналов различной частоты значения тока в катушке должны быть различными, т. е. поляризационные характеристики электромагнитного поляризатора частотно зависимы. Наиболее просто эта проблема решается в том случае, если внутренний блок снабжен микропроцессором. Данные о необходимом значении величины тока для каждой программы хранятся в памяти микропроцессора. При выборе желаемой программы спутникового ТВ микропроцессор обеспечивает необходимое значение тока в катушке поляризатора.

На практике число витков катушки индуктивности делается достаточно большим, чтобы ток потребления не превышал 50 мА. Размеры ферритового стержня выбирают таким образом, чтобы направление поляризации изменялось максимум на 45°. При смене полярности тока, протекающего через катушку, направление поляризации изменяется также на 45°, но в противоположном направлении. В результате наблюдается смена поляризации.

Достоинство поляризатора (фазовращателя), основанного на использовании эффекта Фарадея, состоит в отсутствии подвижных элементов и в возможности осуществлять юстировку направления поляризации плавным изменением величины тока, протекающего через катушку. Потери, вносимые такими поляризаторами, составляют обычно 0,2 — 0,3 дБ. Недостатком поляризаторов является постоянное потребление энергии.

Рассмотрим механические способы корректировки поляризации. Если необходимо с помощью однозеркальной антенны осуществить одновременный прием сигналов двух поляризаций (например, в приемных системах коллективного пользования), то для линейно поляризованных сигналов в этом случае применяют специальные устройства —фазовращатели (разделители) поляризации — Ortomode Transducer). В подобных устройствах (рис.6.2) выполненных в виде волноводного тройника, волны вертикальной и горизонтальной поляризаций поступают на вход круглого волновода, а выходят разделенными по поляризации через основной и боковой выходы, выполненные в виде волноводов с прямоугольным сечением.

Рис.6.3. Прием сигналов вертикальной 
и горизонтальной поляризаций 
с помощью емкостных штырей

Если основной выход выполнен в виде волновода круглого сечения, то при подключении к нему конвертора пользуются специальным трансформатором. При использовании таких фазовращателей требуется два конвертора, подключаемых к соответствующим выводам. В свою очередь, выходы обоих конверторов соединяются со входами коаксиального переключателя поляризации, управляемого дистанционно. Сигнал ПЧ1 выбранной поляризации передается по общему коаксиальному кабелю в приемник.

В последних разработках СВЧ-конверторов делают сдвоенные СВЧ-тракты, а волны горизонтальной и вертикальной поляризаций принимают из кругло-входного волновода с помощью двух ортогональных емкостных штырей (рис.6.3). Лучшие результаты получаются, если один штырь расположен от короткозамкнутого конца волновода на расстоянии λ/4, а другой — 3 (λ/4), однако это удлиняет конвертор. Поэтому, пренебрегая взаимовлиянием емкостных штырей, их нередко располагают в одной плоскости. Часто применяются поляризаторы, в которых переключение плоскости поляризации осуществляется электромеханическим поворотом зонда, находящегося в круглом волноводе облучателя (рис.6.4). Волна с вертикальной поляризацией, сформировавшаяся в круглом волноводе облучателя, снимается ёмкостным зондом, выполненным в виде петли и находящимся в строго определенном положении. Поворот зонда на 90° в произвольном направлении обеспечивает прием сигналов горизонтальной поляризации.

Рис.6.4. Механический поляризатор

Блок дистанционного управления, поворачивающий зонд при помощи двигателя малой мощности, часто встроен в приемник. Угол поворота зонда определяется длительностью управляющих импульсов и периодом их следования. Потери в подобных поляризаторах также составляют 0,2 — 0,3 дБ, а развязка между волнами различной поляризации — 25 — 30 дБ. В некоторых вещательных спутниках используются лево- и правосторонняя круговые поляризации. Для приема сигналов с таких спутников применяются волноводные устройства, преобразовывающие круговую поляризацию в линейную. Один из вариантов такого преобразования может быть осуществлен с помощью фазирующих диэлектрических вставок, размещенных под углом 45° в круглом волноводе с волной Н11 (рис.6.5).

На рис.6.6,а,б показаны две ортогональные составляющие волны с круговой поляризацией на входе секции. Допустим, волна Н'11 отстает по фазе на 90°, но так как ее вектор Е перпендикулярен диэлектрической вставке, то ее фазовая скорость выше, чем волны Н"11.

Рис.6.5. Облучатель с диэлектрический 
пластиной для преобразования 
вращающейся поляризации 
в линейную Рис.6.6. Преобразование круговой поляризации 
в линейную с помощью диэлектрической пластины

Поэтому в конце фазирующей секции фазы волн уравняются и результирующий вектор Е будет расположен вдоль вертикальной оси (рисунок 6.6,в). Для приема волн с круговой поляризацией встречного направления надо повернуть диэлектрическую пластину на 90°.

Поляризатор, преобразующий круговую поляризацию в линейную (и наоборот), можно сделать, деформируя круглый волновод до эллиптического сечения и используя тот факт, что через эллипсоидальный волновод ортогональные Н волны идут с разной скоростью. Надо отметить, что если облучатель с фазирующей секцией предназначен для приема волн с круговой поляризацией, а с его помощью будет приниматься линейно поляризованный сигнал, то будет потеряна половина мощности сигнала (т. е. мощность уменьшится на 3 дБ). Аналогичная потеря уровня сигнала будет наблюдаться при приеме антенной для линейной поляризации сигнала с круговой поляризацией.
Опорно-поворотные устройства

Одним из важнейших элементов антенны является устройство для ее крепления — опорно-поворотное устройство (ОПУ). ОПУ предназначено для подвески антенной системы и наведения ее луча на спутник-ретранслятор. При этом антенна может быть установлена как неподвижно, и принимать программы только с одного спутника, на который сориентирована, так и на специальном поворотном устройстве для перенацеливания со спутника на спутник.

Конструкция ОПУ должна позволять удерживать приемный луч антенны в направлении на ИСЗ с точностью не хуже одной десятой ширины диаграммы направленности. При малых значениях ширины диаграммы направленности выполнение этого требования является определяющим при конструировании системы наведения. Опорно-поворотные устройства классифицируются по схеме подвески зеркала. Рассмотрим важнейшие из них с учетом особенностей конструкции при наведении на геостационарный спутник связи.

Рис.7.1. Ориентация антенны с помощью полярной подвески

Допустим, приемная антенна расположена в точке А и ее азимутальная ось вращения параллельна полярной оси (что и обусловливает название подвески). В этом случае, очевидно, что если выбрать необходимый угол наклона φ и вращать антенну по азимуту, то можно осуществить прием с любого из геостационарных спутников, не затененных Землей. Вращение антенны осуществляется при помощи электропривода.

Угол наклона φ определяется географической широтой места В:

φ = arctg(RsinВ/(Н+2sin2В/2)),
(7.1)
где R — радиус Земли; Н — высота геостационарной орбиты (35785 км); В — широта места установки.

В расчетах необходимо учитывать, что Земля — это тело, по форме близкое к эллипсоиду вращения с экваториальным радиусом 6378 км и полярным радиусом 6356 км. Для приблизительных расчетов Земля принимается за сферу с радиусом 6371 км.

Первые попытки адаптации полярной подвески, оснащенной электроприводом, к перенацеливанию на все видимые геостационарные спутники не учитывали необходимости небольшого отклонения от истинной полярной оси, вследствие чего удавалось просматривать только часть геостационарной орбиты (рис.7.2).

Рис.7.2. Наведение антенны полярной подвеской 
на геостационарную орбиту: 1 — без отклонения 
от истинной полярной оси; 2 — с отклонением 
от истинной полярной оси Рис.7.3. Требуемое отклонение 
азимутальной оси подвески 
от полярной оси в зависимости 
от широты места установки

Особую трудность при настройке такой системы вызывали антенны с шириной диаграммы направленности менее 1°, так как в этом случае удавалось обеспечить просмотр геостационарной орбиты в секторе около ±30°. Для устранения этого недостатка и обеспечения точности наведения до 0,01° по всей видимой части геостационарной орбиты необходимо произвести отклонение азимутальной оси антенны от истинной полярной оси на некоторый угол α (корректирующий угол), величина которого зависит от географической широты 




Написать нам

Новости и статьи

21.07.2014 BROADLINK: лидер в сфере wi-fi оборудования для умных домов практичные и надёжные беспроводные решения от интегратора умных домов: РОЗУМНА ХАТА
19.07.2014 3D печать жилых домов за 24 часа технология 3D печати и контурного строительства
11.07.2014 Беспроводные окна Возможности подключенных окон будут включать Wi-Fi-антенну, «умные» жалюзи, автоматизированный контроль систем вентиляции и освещения
09.07.2014 Ряд гигантов объединились с целью стандартизации домашней электроники Samsung, Intel, Dell, Broadcom и Atmel, объединили усилия с целью установить единые стандарты для домашних электронных устройств.

Отзывы

  • Виктор 16.05.2016 14:56

    Нужна была недорогая розетка с управлением по wi-fi Часто забывали выключать утюг и бойлер когда уезжали на дачу. Также умная розетка автоматически отключится по расписанию или таймеру или по превышению порогового значения киловатт которые Вы указали. Я проверяю теперь регулярно количество потраченного электричества за день неделю месяц и год. Совместима с напряжением 220 вольт и потребляемым током 10 ампер = 2200 ватт. Но есть и ложка дегтя она сделана для британского рынка и нужно использовать переходник из за чего розетка выходит очень громоздкая
  • Николай 16.05.2016 15:05

    Через новую почту покупал умный выключатель Tc1 + rm pro. Я часто оставляю частный дом без присмотра езжу по командировкам. Нужна возможность через интернет включать и выключать музыкальный центр телевизоры и СВЕТ да управление происходит через телефон с 3G и поступает на пульт rm pro который подключен к wifi и по радиоканалу дает сигнал выключателю выключить или включить освещение. Из минусов нужно ставить в люстру кондеры (2 шт идут в комплекте) иначе очень редко но будет моргать свет 10 секунд по несколько раз в день. Так что люстры нужно разбирать для доработки. А с задачей симуляции присутствия справляется на 100% включив через интернет свет вечером телек и музыку громко
  • Саша 16.05.2016 15:04

    Купил пол года назад RM Pro для управления кондиционером летом и как универсальный пульт для всех теликов с iphone. Что могу сказать из ПЛЮСОВ: оборудование сделано очень добротно. Прием сигнала по всей комнате отличный. Программируются пульты очень просто для управления техникой которая имеет инфракрасный канал. Но есть минусы 1) программа управления сделана для англоязычного рынка не весь текст имеет перевод 2) программа иногда не находит облако 3) не понятно включен кондиционер или выключен в самой программе на телефоне не видно статуса. Итог: если допилить приложение и сделать облако в Европе или на хостинге amazon за такую цену будет гениальное устройство умного дома

Все отзывы

Оставить отзыв

Поля, помеченные *, обязательны для заполнения!

*:
:
*:
E-mail не будет отображаться на сайте, он необходим, чтобы администратор сайта смог вам ответить.
*:
Решите задачу 6+5*2 =



Мы поставщики + Мы установщики + Мы разработчики В данный момент Мы заняты разработкой и тестированием системы АНТИВОР: wifi+pstn+gsm+ip poe+radio relay+android+ios нейтрализация грабителей без нанесения вреда
Сайт сдается в аренду сроком на 1 год "умный дом киев" = TOP 5 google (096) 2008 107 (viber или call)
Copyright 2012 Розумна хата
Контактный телефон
(096) 2008 107

Форма связи с консультантом

Имя:

Телефон:

Бюджет:

Концепция проекта:

Сколько будет: 9 + 3

×