Družicový príjem prakticky od začiatku

Satelitný príjem televíznych a rozhlasových programov vrátane dát a i obojsmerného satelitného internetu je dnes súčasťou nášho každodenného života. Kvalita signálu, ako výhodný zdroj distribúcie televízie a rozhlasu je základom aj pre televízne kábelové rozvody, spoločné televízne antény, či samotné terestriálne vysielače analógové a DVB-T. Z hľadiska možnosti slobodného príjmu sú na tom najlepšie majitelia individuálnej satelitnej súpravy, ktorí majú k dispozícii z viacerých družíc na geostacionárnej obežnej dráhe prakticky už viac ako tisíc programov v nekódovanej podobe. Analógové satelitné vysielanie sa prakticky už skončilo a majitelia digitálnych satelitných súprav neustále pribúdajú. Je preto potrebné neustále si opakovať základné pojmy a definície súvisiace s “mikrovlnami”, ktoré nám z nebeských výšin dopravujú priamo do domu geostacionárne družice.

KAPITOLA č. 1

Uvedené informácie o základoch družicového príjmu sa niekomu môžu zdať zbytočné. Ich uverejnenie vyplýva z jednoduchého faktu. Tak, ako sa vyvíja technológia vysielanie a príjmu družicových signálov, rokmi dorastá nová generácia ich užívateľov. Aj keď sa príjem satelitných programov stal jednoduchou spotrebnou činnosťou, v mase ich užívateľov sa vždy nájde skupina, ktorá má záujem poznať základy družicovej televízie. Kvôli autenticite uvádzam obrázky a texty v tomto článku tak, ako boli publikované v roku 1995, s drobnými úpravami v texte.

Geostacionárna družica je pomocou nosnej rakety umiestnená na obežnú dráhu vo vzdialenosti 37 600 km od povrchu Zeme. Otáča sa spolu so Zemou tak, že sa javí voči nej, ako nehybná pre pozorovateľa so Zeme. Stabilita polohy družice je zaručená pomocou aktivácie motorov, ovládaných z pozemskej stanice, ktoré korigujú drobné odchýlky jej polohy. Na družici sú umiestnené prijímacie a vysielacie antény a samotný mikrovlnný vysielač. Elektrická energia sa získavá zo solárnych článkov dostatočne veľkej plochy a záložného zdroja, aby sa zabezpečilo bezporuchové vysielanie signálu smerom k Zemi.

NOSNÁ RAKETA dopraví raketu na obežnú dráhu pomocou motorov.

DRUŽICA-SATELIT vlastnými motormi sa udržiava cca 12 rokov na určenej pozícii geostacionárnej dráhy.

Kapitola č. 1 má v podstate trvalú platnosť. Možno by bolo vhodné iba doplniť, že pri pohľade zo Zeme sa geostacionárna dráha pozorovateľovi z akéhokoľvek miesta na Zemi javí ako fiktívny oblúk nad zemským povrchom, na ktorom sú družice umiestnené. Poloha družice na geostacionárnej dráhe je definovaná číselnou hodnotou, ktorá sa určuje od nultého poludníka v stupňoch smerom na východ a západ. Najznámejšia poloha geostacionárnej dráhy pre Európanov je 19,2° východne, čo je pozícia obsadená družicami ASTRA. Na jednej pozícii je obvykle umiestnených viacero družíc, ktoré sa pozorovateľovi zo Zeme javia ako jeden vysielací satelit.

KAPITOLA č. 2

Určená časť teritória, ako napr. Európa, je “ožiarená” signálom z antény družice tak, že jej úroveň je najvyššia v strede a klesá od stredu smerom k okrajom. Nižšia úroveň signálu si vyžaduje väčší priemer antény a naopak, vyššia úroveň signálu sa dá spracovať menším priemerom antény aj v závislosti od kvality použitého LNB.

SIGNÁL je v skutočnosti elektromagnetická vlna, ktorá slúži ako prenosový prostriedok na dopravu obrazovej a zvukovej informácie od štúdia, cez družicu až k jednotlivým užívateľom.

Ku kapitole č. 2 by bolo vhodné doplniť informáciu o tom, že doprava signálu na družicu je tradične realizovaná z pozemských staníc vybavených parabolami veľkých rozmerov. Dnes už existujú mobilné zariadenia typu DSNG, ktoré pomocou malých parabolických antén dopravia signál na družicu. Takéto zariadenie sa pohodlne zmestí do osobného automobilu, v priebehu 10 minút sa rozbalí, parabola s priemerom 1 m sa nasmeruje na družicu, pripojí sa signál, ktorý sa vyšle na družicu a z družice okamžite na zemský povrch. Technický vývoj napreduje tak rýchlo, že v najbližších mesiacoch sa očakáva masový nástup obojsmerného satelitného internetu, ktorý malými anténami umožní satelitný príjem a zároveň vysielanie dát od užívateľa k družici.

KAPITOLA č. 3

Historický obrázok dobre poslúži na objasnenie vysielania signálu z družice. Úroveň signálu z Astry 19,2° E naznačuje jej pokles smerom od západu na východ. Pri analógovom vysielaní sa vyžadovala kompenzácia pomocou veľkých parabolických antén. U digitálneho vysielania a tiež vplyvom moderných LNB s nízkym šumom už až také veľké rozdiely v rozmeroch parabolických antén pri príjme nie sú. Pre posúdenie konkrétnej situácie a možnosti príjmu v danej oblasti je potrebné poznať vyžarovací diagram danej družice.

VYŽAROVACÍ DIAGRAM závisí od vysielacieho výkonu vysielača (transpondéra) a od smerovania použitého typu antény na družici smerom k Zemi.

Kapitola č. 3 je ukážkou toho, ako sa situácia z roka na rok mení v súvislosti s družicami umiestnenými na geostacionárnej dráhe. Je to zapríčinené procesom, ktorý súvisí s nástupom nových výkonnejších družíc a s postupnou likvidáciou družíc staršieho typu. Na jednoduchý dôkaz tohto tvrdenia sa stačí poobzerať okolo seba. Majitelia starých analógových zariadení sú evidentní vďaka veľkým rozmerom parabolických antén (cca 120 cm). Digitálne satelitné vysielanie zredukovalo nutnosť použitia základnej parabolickej antény na rozmer cca 60 cm, čo je akýsi základ pre štandardný príjem hlavných geostacionárnych družíc v Európe.

KAPITOLA č. 4

Pozícia družice na geostacionárnej dráhe udáva jej umiestnenie od 0° poludníka (ktorý sa nachádza v Londýne - Greenwich) nad rovníkom na západ a východ. Historicky najznámejšia družica ASTRA má pozíciu 19,2° východne.

Obežná dráha, ktorú nevidíme, je oblúk, na ktorom sú “zaparkované” družice, “viditeľné” pre našu časť zemegule. Na jednej pozícii môže byť umiestnených viac družíc a signál nimi vysielaný dokáže spracovať fixne pripevnená parabolická anténa. Družice ASTRA 1A, 1B, 1C a 1D, atď. sú v skutočnosti akoby “jedna” družica. Len pre zaujímavosť: Nezabudnite, že 1° obežnej dráhy je cca 700 km!

V kapitole č. 4 platí všetko tak, ako to bolo uvádzané pred rokmi. Zmenilo sa snáď iba to, že nám rapídne pribudli pozície a družice na obežnej dráhe. Technický vývoj dnes už umožňuje “zaparkovať” družice vedľa seba tak “blízko”, že ich pri pohľade zo Zeme zachytíme pomocou paraboly ako jednu družicu, hoci na pozícii ASTRA ich je už viac ako desať.

KAPITOLA č. 5

POZÍCIA DRUŽICE - vďaka technickému pokroku sa počet družíc na geostacionárnej dráhe znásobuje. V začiatkoch satelitného vysielania sa špekulovalo o možnostiach vysielania družíc “zaparkovaných” vedľa seba vo vzdialenosti 3°. Ako dôvod sa uvádzalo nebezpečenstvo vzájomného rušenia. Technický vývoj dokázal takéto pochybnosti zmazať.

Družica pomocou vysielacej antény “ožaruje” určenú časť zemského povrchu podľa dohodnutých podmienok kvôli tomu, aby signál určený pre dané krajiny bol prijímaný bežným technickým zariadením. Rozdiely pri príjme signálu z rôznych družíc sú závislé na úrovni signálu v danom mieste. Hodnota úrovne sa vyjadruje v dBW. Pre užívateľov je jednoduchšie priamo pri vyžarovacích krivkách určiť veľkosť potrebnej paraboly pri použití štandardného LNB.

Každá družica má daný výkon a podľa jeho úrovne sa niekedy hovorilo o nízko-výkonných a vysokovýkonných družiciach. Postupom času toto delenie stratilo na význame vďaka rýchlemu technickému pokroku prijímacích zariadení.

Základom pre príjem signálu z družíc je tzv. vonkajšia jednotka - PARABOLICKÁ ANTÉNA a nízkošumový mikrovlnný KONVERTOR (LNB, LNC).

Z kapitoly č. 5 je evidentné, ako donedávna prebiehala odborná diskusia o tom, či je vôbec možné čeliť vzájomnému rušeniu sa navzájom pri vysielaní zo susedných družíc. Dnes sa bez problémov vysiela z pozícií družíc susediacich vedľa seba v rozmedzí menej ako 3°. Je to vďaka tomu, že sa našli technické riešenia pri kombinácii frekvenčných pásiem. Pred niekoľkými rokmi neexistovali konvertory typu LNB univerzál, ich šumové čísla boli v hodnotách nad 1 dB a paraboly museli mať veľké rozmery.

KAPITOLA č. 6

ASTRA - nájznámejšia družica, ako prvé súkromné konzorcium svojou koncepciou unikátneho satelitu väčšieho výkonu v podstate zlikvidovala pôvodný štátny systém telekomunikačných družíc vrátane ich ďalších plánov pre vysielanie v pásme 11,7-12,5 GHz.

V kapitole č. 6 sa spomína družica ASTRA, ktorá z dnešného pohľadu vývoja satelitnej techniky znamenala prelom, a to nielen technický, ale i kultúrny a medzinárodný. Astra si dodnes zachovala vedúcu pozíciu medzi družicami na obežnej dráhe. Najznámejším konkurentom Astry v Európe sú družice spoločnosti EUTELSAT. ASTRA i EUTELSAT používajú pre komerčné vysielanie rôzne satelitné pozície (ASTRA 19,2° E, 28,2° E; EUTELSAT 13° E, 28,5° E). Z takejto konkurencie má najväčší úžitok samotný zákazník.

KAPITOLA č. 7

PARABOLA - je to anténa v tvare praboloidu, ktorá po nasmerovaní na družicu odráža prijatý signál jeho sústredením do ohniska.

LNB (LNC) - konvertor - spracuje signál v ohnisku cez ožarovač, transformuje ho na nižšie frekvencie a po jeho zosilnení sa medzifrekvenčný signál pomocou koaxiálneho kábla distribuuje k vnútornej jednotke v podobe DRUŽICOVÉHO PRIJÍMAČA.

V kapitole č. 7 sme pred deviatimi rokmi jednoducho vysvetľovali dva základné diely vonkajšej jednotky pre príjem satelitného signálu. Parabolická anténa svojím vodivým povrchom odráža elektromagnetický signál vysielaný z družice do ohniska. Povrch paraboly je vytvarovaný buď do symetrického tvaru, vtedy je ohnisko v strede paraboly, alebo je ohnisko posunuté tvarom paraboloidu tak, že sa nachádza mimo stredu a nazýva sa “offset”. Dnes sa už prakticky používajú iba offsetové paraboly. Do ohniska paraboly sa pomocou držiaka mechanicky upevňuje konvertor.

KAPITOLA č. 8

SIGNÁL z družice je definovaný svojou frekvenciou, ktorá je udávaná v GHz. V Európe sa najčastejšie používajú pásma 10,7 - 11,7 GHz; 11,7 - 12,5 GHz a 12,5 - 12,75 GHz. Polarizácia signálu (elektromagnetickej vlny) je lineárna (vertikálna a horizontálna) alebo kruhová (pravotočivá a ľavotočivá).

K problematike satelitného signálu v európskych pomeroch je vhodné doplniť skutočnosť o tom, že sa tu využíva pre príjem i časť C pásma, ktoré je v rozsahu 3,7 - 4,2 GHz. Pre priblíženie si ešte uveďme, že satelitné vysielanie využíva pásmo od 1 - 30 GHz s týmto rozdelením: S = 1,5 - 2,7 GHz; C = 3,4 - 6,425 GHz; X = 7,25 - 8,385 GHz; Ku = 10,7 - 14,8 GHz a Ka = 17,7 - 21,20 GHz.

KAPITOLA č. 9

POLARIZÁTOR zabezpečuje výber zvolenej polarizácie. Najprv sa používali mechanické, neskôr magnetické a dnes už iba elektrické polarizátory, kde sa polarizácia mení zmenou úrovne napätia z prijímača 13/17 V a 14/18 V.

LNB (Low Noise Block) = LNC (Low Noise Converter) = KONVERTOR (alebo mikrovlnná jednotka). LNC má definovaný vstupný rozsah, ako napr. jednoduchý - SINGLE od 10,7-11,7 alebo širokopásmový - UNIVERSAL od 10,7 -11,7 a 11,7-12, 75 GHz.

ŠUMOVÉ ČÍSLO udáva kvalitu konvertora v dB a dnes je od 0,6-0,3 dB.

Ku kapitole č. 9 je vhodné doplniť skutočnosť, že dnes používané konvertory využívajú okrem prepínania polarizácie pomocou zmeny napätia i prepínanie horného a dolného pásma pomocou signálu 0/22 kHz. Tieto typy konvertorov sa nazývajú ako univerzálne LNB a oproti svojim starším predchodcom sa vyznačujú nízkym šumovým číslom dnes bežne 0,6 dB - 0,3 dB. Tieto nové typy konvertorov sa vyznačujú odľahčenými puzdrami a stabilnejšími obvodmi oscilátorov, čo je výhodné pre príjem digitálnych programov.

KAPITOLA č. 10

PARABOLA OFFSETová je v skutočnosti výrezom z kruhovej antény, ktorá odráža signál do ohniska vo svojom strede. Výhoda offsetovej antény je daná tým, že držiak umiestnený v ohnisku a konvertor tak netieni signál a anténa je takmer kolmo k zemi.

Informácie uvádzané v kapitole č. 10 platia doteraz a v súčasnosti sa pre príjem satelitných signálov takmer výlučne používajú offsetové antény. Sú výhodné nielen kvôli svojej účinnosti, ale i pre svoju konštrukciu. Vďaka ich kolmej polohe sa na ne menej zachytáva sneh, ktorý u stredových parabol v zime často znemožňoval príjem signálu.

KAPITOLA č. 11

AZIMUT je uhol nastavenia antény v smere východ - západ (napr. ASTRA je prakticky nasmerovaná na juh v Strednej Európe).

ELEVÁCIA - uhol nastavenia antény je pri stredovej parabole kolmo k signálu (v našich podmienkach je u Astry cca 34°).

SPRÁVNA POLOHA ANTÉNY - príjem parabolickej antény nesmie byť tienený žiadnou prekážkou, signál je degradovaný i pri tienení konármi stromov. V prípade silného signálu je možný príjem cez sklo, ale dochádza k poklesu úrovne kvality hlavne u slabších transpondérov.

K informáciám o azimute a elevácii nie je potrebné nič dodávať. Definícia správnej polohy antény je omnoho dôležitejšia pri natáčaní paraboly pomocou polárneho závesu a motora. V praxi sa laici často mýlia práve v súvislosti s nastavením offsetových antén, nakoľko elevačný uhol u stredovej antény je ľahko nastaviteľný, ale u offsetovej antény sa elevačný uhol vizuálne nedá tak jednoducho určiť a výborným pomocníkom je preto využitie meracieho prístroja s indikáciou signálu v podobe “sat findera”.

KAPITOLA č. 12

OHNISKO - je to vlastne bod, v ktorom sa sústreďuje odrazený signál a ten sa následne spracuje pomocou OŽAROVAČA, ktorý je samostatný, alebo je pevnou súčasťou konvertora. Úlohou ožarovača je kvalitne zosnímať signál z ohniska a dopraviť ho v kruhovom vlnovode smerom k polarizátoru. Po konverzii vysokej frekvencie pomocou oscilátora sa tzv. medzifrekvenčný signál 950-2150 MHz zosilní a pomocou koaxiálneho kábla sa privedie k družicovému prijímaèu. Úlohou družicového prijímača je výber príslušného kanálu.

DRUŽICOVÝ PRIJÍMAČ, nazývaný tiež vnútorná satelitná jednotka, okrem spracovania obrazu a zvuku umožňuje celý rad ďalších funkcií.

Kapitola č. 12 v roku 1995 svojím obrázkom naznačovala, že je potrebné pri zachytení signálov z družice mať priamy výhľad na družicu tak, aby v ceste pre elektromagnetické vlny nebola žiadna prekážka. Dobrý technik by mal predvídať i také skutočnosti, ako sú stromy pred parabolou, ktoré za pár rokov môžu vyrásť o niekoľko metrov do výšky ale i šírky a následne znehodnotiť príjem signálu. Ako sme už spomínali, dnes sa využívajú nové typy konvertorov typu univerzál, ktoré sú vybavené dvomi oscilátormi s frekvenciou 9,75 a 10,6 GHz. Voľbou pásma dochádza k zmiešavaniu vstupnej frekvencie s frekvenciou oscilátora tak, že výsledná medzifrekvencia sa nachádza v pásme 950 - 2150 MHz. Všetky moderné družicové prijímače sú dnes už vybavené vstupným tunerom na spracovanie tohto pásma medzifrekvencie. V mnohých domácnostiach sa ešte nachádzajú analógové prijímače. Tie sú už minulosťou SAT TV.

Ing. Ján Luterán
(publikované v SE 19/2004)