Satelitní přijímací systémy

Myšlenka použít umělý satelit Země pro komunikační účely se objevila poprvé ke konci druhé světové války. Britský matematik a scifi autor Arthur C. Clarke navrhl umístit komunikační satelit na geostacionární dráhu ve výšce 36000km nad rovníkem, odkud může pokrýt až 40% zemského povrchu televizními a radiovými signály. Ty pak mohou být zachycovány nesčíslným množstvím přijímacích stanic v dané oblasti.

Satelit pohybující se po geostacionární dráze nad rovníkem se otáčí okolo zemské osy tak, že jeho kruhová rychlost přesně souhlasí se zemskou rotací. Může tak pokrývat svými signály stále stejnou část zemského povrchu. Pro pozorovatele na Zemi se satelit jeví jako nehybný bod na obloze. Takový satelit může nahradit tisíce lokálních radiových a televizních vysílačů na zemském povrchu.

Na geostacionární dráze působí na satelit gravitační síly Měsíce, Slunce a ostatních nebeských těles, které jej vychylují z jeho ideální dráhy. Z tohoto důvodu je nezbytné uskutečňovat korekce polohy s pomocí jeho motorů, které jsou ovládány dálkově ze zemského povrchu. Pro radiové spojení pozemského televizního studia se satelitem na geostacionární dráze se používá „uplink“ anténa. V ní se koncentrují radiové vlny, které jsou pak vysílány směrem k satelitu.

Komunikační satelity používají dvě skupiny kmitočtů. Jedna skupina se používá pro vysílání televizních programů nebo dat směrem k satelitu a druhá pro přenos signálů zpět k zemskému povrchu.

Anténa satelitu na geostacionární dráze přijímá signály přicházející ze Země a předává je do přijímače, kde jsou zpracovávány a přiváděny k satelitnímu vysílači. Pomocí antény satelitu jsou pak signály vysílány zpět na zemský povrch. Televizní signály vysílané ze satelitu lze přijímat na Zemi pomocí antén, nicméně intenzita přijímaného signálu je odlišná na různých místech zemského povrchu. Anténa satelitu vyzařuje signály podle určitého vzoru, kterému odpovídá příjmový diagram pokrývající značnou část zemského povrchu. Signály ze satelitu přijímané na Zemi jsou nejsilnější ve středu příjmového diagramu a nejslabší na jeho okraji. Přijímací satelitní antény umístěné na vnějším okraji diagramu musí mít větší rozměry než ty umístěné ve středu.

Pro přenos satelitních signálů se používají převážně centimetrové vlny, tedy kmitočtové pásmo přibližně od 3 do 30 GHz. Jedním z důvodů pro použití tak krátkých rádiových vln je negativní vliv kosmického šumu pro kmitočty 1 GHz a nižší. Při vysokých kmitočtech nad 15 GHz jsou signály zase značně zeslabovány vodními parami v atmosféře a molekulami kyslíku. Signály, neboli kmity elektromagnetického záření, vysílané ze satelitů na oběžné dráze mají určitou trvalou orientaci v prostoru. Většinou je toto záření lineárně polarizované, a to buď vertikálně nebo horizontálně. Některé satelity ale vysílají i kruhově polarizované záření, kdy orientace kmitů elektromagnetického záření rotuje okolo směru šíření záření a to buď ve směru hodinových ručiček nebo opačně.

Nejpoužívanější kmitočtová pásma pro satelitní komunikaci jsou uvedena v tabulce.

PásmoKmitočtový rozsah (GHz)
L1.0 – 2.0
C3.6 – 6.5
X7.25 – 8.4
Ku10.7 – 18
Ka18-105

K nejpoužívanějším satelitům určeným pro přímé televizní vysílání patří skupina Hotbird 1 až 5 umístěná 13° východně od Greenwichského poledníku a skupina ASTRA 1A až 1H umístěná 19,2° východně. Pro českého diváka je ovšem zajímavá především orbitální pozice 23,5° východně se satelity Astra 3A, 3B a 1E, a dále pozice 1° západně se satelity skupiny Thor a Intelsat. Všechny tyto satelity používají následující kmitočty Ku pásma pro „downlink“ přenosy: 10700 – 11700 MHz, což je takzvané dolní pásmo, a 11700 – 12750 MHz, což je horní pásmo. V současné době se ze satelitů vysílá až na výjimky již digitálně v normě DVB-S, případně DVB-S2. Jak známo, digitální vysílání umožňuje kompresi vysílaných dat a v daném kmitočtovém rozsahu je možné přenášet podstatně více televizních a rádiových programů v porovnání s klasickým analogovým způsobem.

Typický satelitní přijímací systém sestává z parabolické antény, která odráží přijímaný signál z geostacionárního satelitu a soustředí jej v ohnisku, které je umístěno před parabolickou plochou antény. Přímo v tomto bodě se nachází tzv. ozařovač („feedhorn“), který zachycuje signály odražené anténou a převádí je do dalšího zařízení, nízkošumového zesilovače (LNA). V LNA jsou příchozí signály zesilovány a přiváděny do konvertoru, kde je kmitočet vstupních signálů převáděn na výstupní kmitočet, takzvanou první satelitní mezifrekvenci. Její hodnota je dána rozdílem kmitočtů lokálního oscilátorů konvertoru a vstupních signálů z antény.

Signály výstupní mezifrekvence se šíří z konvertoru koaxiálním kabelem až do satelitního přijímače. Výše popsané části, tedy feedhorn, LNA a konvertor, jsou obvykle integrovány do jednoho bloku zvaného LNB. U současně vyráběných LNB jsou kmitočty lokálního oscilátoru stanoveny podle univerzálního standartu: 9,75 GHz pro příjem v dolním pásmu a 10,60 GHz pro horní pásmo. Uvnitř LNB se nachází buď jeden oscilátor o kmitočtu 9750 MHz, s takovým LNB je pak možné přijímat pouze signály v dolním pásmu kmitočtů, anebo jsou v LNB umístěny dva oscilátory, první o kmitočtu 9750 MHz a druhý o kmitočtu 10600 MHz, což je tzv. universální LNB, který umožňuje příjem jak v horním tak dolním pásmu. Ze satelitního přijímače je pak možné volit (přepínat) žádanou polarizaci a kmitočtové pásmo. Danou polarizaci je možné volit pomocí stejnosměrného napětí 13 nebo 17 V nebo pomocí příslušného DiSEqC příkazu, dané pásmo je možné volit pomocí střídavého signálu 22kHz o amplitudě přibližně 0,6 Volt a nasuperponovaného k ss napětí 13 nebo 17 V na koaxiálním kabelu anebo rovněž pomocí příslušného DiSEqC příkazu. Následující tabulka 2 uvádí přehled hlavních typů LNB pro Ku pásmo používaných na trhu a jejich výstupní mezifrekvenci (IF) při kmitočtovém rozsahu dolního pásma 10700 – 11700 MHz a 11700 – 12750 MHz pro horní pásmo.

typ LNBPočet výstupůPopis výstupůKmitočet oscilátoruVýstup IF
Single11. LB (V, H)9750 MHz950-1950 MHz
Single universal11. LB (V, H), HB (V, H)9750 MHz + 10600 MHz950-2150 MHz
* Dual21. LB (V)
2. LB (H)
9750 MHz
9750 MHz
950-1950 MHz
950-1950 MHz
* Twin21. LB (V, H)
1. LB (V, H)
9750 MHz
9750 MHz
950-2150 MHz
950-2150 MHz
* Twin Universal21. LB (V, H), HB (V, H)
2. LB (V, H), HB (V, H)
9750+10600 MHz
9750+10600 MHz
950-2150 MHz
950-2150 MHz
* Quatro Universal41. LB (V)
2. LB (H)
3. HB (V)
4. HB (H)
9750 MHz
9750 MHz
10600 MHz
10600 MHz
950-1950 MHz
950-1950 MHz
1100-2150 MHz
1100-2150 MHz
* Quadruple41. LB (V, H), HB (V, H)
2. LB (V, H), HB (V, H)
3. LB (V, H), HB (V, H)
4. LB (V, H), HB (V, H)
9750+10600 MHz
9750+10600 MHz
9750+10600 MHz
9750+10600 MHz
950-2150 MHz
950-2150 MHz
950-2150 MHz
950-2150 MHz

V – vertikální polarizace
H – horizontální polarizace
LB – dolní pásmo
HB – horní pásmo

Typy LNB označené  jsou vhodné pro použití s multipřepínači EMP-Centauri.

Na obr.2 je znázorněn přijímací systém, který má v ohnisku antény umístěn tzv. single LNB. Tento systém může být používán pro příjem televizních programů s jedním satelitním přijímačem, tedy obvykle i s jedním televizním přijímačem. Pro připojení dvou nebo více satelitních přijímačů k jednomu LNB, tedy k jedné satelitní anténě, je zapotřebí použít jiný typ LNB. Mezi LNB a satelitní přijímače se pak musí připojit zařízení zvané multipřepínač.

Všechny přepínače i multipřepínače EMP-Centauri lze použít pro distribuci jak analogových tak i digitálních signálů. Není-li uvedeno jinak, všechny přepínače jsou určeny pro vnitřní montáž. Při příjmu satelitních signálů v jiném než Ku pásmu lze použít odpovídající LNB pro dané frekvenční pásmo, ale signály výstupní mezifrekvence musí být v rozsahu 950 – 2300 MHz.

Funkce a použití multipřepínačů bude v dalším nejlépe vysvětlena popisem výrobků EMP-Centauri a na příkladech jejich zapojení.