Fakultet elektrotehnike i računarstva Fakultet elektrotehnike i računarstva Zavod za radiokomunikacije SATELITSKE KOMUNIKACIJSKE TEHNOLOGIJE Pokazna laboratorijska vježba: KOMUNIKACIJSKI SATELITI ASTRA 3.09.009. UVOD: Svrha ove vježbe je mjerenje parametra satelitske veze. To su snaga i frekvencija izlaznog signala iz konvertera, te snaga i frekvencija na izlazu iz digitalnog satelitskog prijamnika. Mjerit će se i pojačanje "in-line" pojačala nominalne vrijednosti 0 db. Takoñer će se mjeriti i osjetljivost prijamnika te računati njegov šum. Satelitska veza ostvarit će se pomoću signala sa satelita, satelitske antene promjera 90 cm, te digitalnog satelitskog prijamnika i TV prijamnika. Proračun satelitske veze možemo podijeliti na tri dijela: odašiljački dio, širenje vala kroz slobodni prostor te prijamni dio. Sateliti koji putuju oko zemlje mogu se podijeliti na tri skupine: a) niska putanja (LEO), visina od 1000 do 5000 km, period od -4 sata b) srednja putanja (MEO), visina od 5000 do 0000 km, period od 4-0 sati,te c) geostacionarna putanja (GEO), visina 36000 km, period 4 sata. Na vježbi ćemo mjeriti signal s geostacionarnog satelita, koji se koristi za prijenos audio i video signala (TV program, radio postaje, itd..) Sustav ASTRA sastoji se od više satelita (1A, 1B, 1C,...1H, C), koji se nalaze na 19, istočno. Težina satelita je otprilike 3 tone. Za ispravljanje putanje koristi se gorivo, koje traje otprilike 1-15 godina što je i trajanje samog satelita. Zbog razvoja tehnologije, dulji vijek satelita nije niti potreban. Izlazna snaga cijevi s putujućim valom je 63 W. Efektivno izračena snaga (EIRP) je 51 dbw. je 6. Astra 1C, na primjer, ima ukupno 34 programa, u D pojasu (10,90-10,95 ), 16 u C pojasu (10,95-11,0 ) i 16 u A pojasu (11,0-11,45 ). To su frekvencije u vezi prema dolje (od satelita do zemlje). Frekvencija u vezi prema gore (od zemlje do satelita) je 14. Parabolična antena Kod satelitskih komunikacija se koristi parabolična antena zbog velike površine. Nju je potrebno točno usmjeriti prema satelitu. Dobitak antene jednak je π D G = η G( db) = 10log 10 G (1.1.) λ gdje je D promjer antene (m), λ valna duljina (m) a η je iskoristivost površine (obično 0,7). Dobitak, uzimajući u obzir efektivnu površinu otvora antene za f u iznosi G = 0 logd + 0 log f + 17,869 (db). 1
Gubitak signala u vezi na dolje Gubitak signala u vezi prema dolje (od satelita do zemaljske postaje) računa se prema: 4π d L( db) = 0log10 λ gdje je d udaljenost satelita od zemlje a λ valna duljina. (1..) Slika 1. Pokrivanje satelita ovisno o promjeru antene Slika 1. prikazuje koliki promjer antene je potreban za kvalitetan prijam slike s ASTRA satelita. U većem dijelu Hrvatske ta je vrijednost 90 cm. EIRP EIRP je efektivno izotropno izračena snaga, tj. produkt odaslane snage i dobitka antene. Gustoća toka snage EIRP = P O G O (1.3.) Ako satelitska postaja zrači izotropnu snagu P o (W), uz dobitak antene G o, tada je gustoća snage na mjestu gdje se nalazi zemaljska postaja jednaka Snaga signala na ulazu u prijamnik s P = (1.4.) 4π d O 0 GO (W / m ) EIRP λ G G η η P P = G n = (1.5.) Ll 16 p p p dod o p p o o π d ldod
LNB konverter Na prijamnoj strani uz paraboličnu antenu imamo LNB konverter. "LNB - Low Noise Block Downconverter" ili niskošumni pretvarač frekvencijskog pojasa od 11 na pojas od 950-150. Ima faktor šuma (NF) izražen u db. Temperaturu šuma u K možemo dobiti iz NF 10 T = 90 10 1 [ K] (1.6.) Dobitak LNB konvertera je u pravilu od 55 do 65 db, a gušenje izmeñu horizontalne i vertikalne polarizacije je 5 db. Satelitski prijamnik Satelitski prijamnik pretvara signal sa LNB-a frekvencije 950-150 na meñufrekvenciju (55 ), pojačava signal, obrañuje i na izlazu daje frekvencijski pojas od 470 do 860 (1-69 kanal). Ulazna razina potrebna za kvalitetan prijam signala je od -5 do -65. Popis kanala na satelitu ASTRA može se naći na: http://www.ses-astra.com/tv-radio/guide/lineup/markets/all19_all.htm 3
RAD NA VJEŽBI: U nastavku su prikazani ureñaji koji će se rabiti u vježbi: Slika. Parabolična antena promjera 90 cm Slika 3. LNB konverter Na slici. prikazana je parabolična antena promjera 90 cm, a na slici 3. LNB konverter (univerzalni) tvrtke Microelectronics technology inc., koji radi u frekvencijskom području od: 10,7 do 11,7 i od 11,7 do 1,75. Preklapanje se radi pomoću signala od khz. Ima faktor šuma 0,6 db. Lokalni oscilator radi na 10,6 ili 9,75. Dobitak pretvaranja je 55 db. Izolacija križne polarizacije je 5 db. Slika 4. Satelitski prijamnik Quadro DR-9000FTA (donacija tvrtke INEM d.o.o., Zagreb) Slika 5. Satelitsko linijsko pojačalo Na slici 4. prikazan je satelitski prijamnik slijedećih značajki: Tablica 1.Parametri satelitskog prijamnika Ulazni frekvencijski pojas 950-150 Potrebna ulazna razina signala -5 do -65 Meñufrekvencija 55 Izlazna frekvencija 470-860 (1-69 kanal) Impedancija 75 Ω Na slici 5 satelitsko linijsko pojačalo u frekvencijskom pojasu 950-50, pojačanja 0 db, max. izlaza 105 db µ V, impedancije 75 Ω, i šuma 5 db. 4
Shema spajanja 11 LNB 10 LO SATELITSKA ANTENA SATELITSKI PRIJAMNIK 950-150 SUOSNI (KOAKSIJALNI) KABEL PRETVARAČ PREMA DOLJE LOKALNI OSCILATOR MF POJAČALO DETEKCIJA NAMJEŠTANJE POLARIZACIJE 470-860 Slika 6. Put signala od satelita do TV prijamnika. Mjerenje snage signala 1. Instrumente je potrebno spojiti prema shemi na slici 6.. Pomoću osciloskopa se snage izlaznog signala iz generatora signala namješta na 15 V, frekvencije khz (napajanje LNB-a i frekvencija koja služi za prebacivanje polarizacije). 3. Mjeri se snaga signala iz LNB konvertora pomoću analizatora spektra. Za odreñene kanale treba izračunati frekvencije nositelja, koristeći informaciju o odašiljačkim frekvencijama koje se vide u postavkama programiranih kanala satelitskog prijamnika. Širina frekvencijskog pojasa span treba namjestiti na 100, referentnu razinu na 0 db, ulazno gušenje na 10 db, a RBW na 3. Treba očitati snage signala, širine kanala, po potrebi smanjujući span na 5. Tablica. Izmjerene vrijednosti satelitske veze Frekvencija 1 kanala Snaga signala 1 kanala iz LNB konvertera Frekvencija 18 kanala Snaga signala 18 kanala iz LNB konvertera Frekvencija 54 kanala Snaga signala 54 kanala iz LNB konvertera Frekvencija 135 kanala Snaga signala 135 kanala iz LNB konvertera 5
Mjerenje karakteristike "in-line" pojačala RF GENERATOR 950-50 SIGNAL GENERATOR 15V, khz "IN-LINE" POJAČALO OSCILOSKOP ANALIZATOR SPEKTRA Slika 7. Shema mjerenja karakteristike "in-line" pojačala 1. Instrumente je potrebno spojiti prema shemi na slici 7.. Pomoću osciloskopa se snage izlaznog signala iz generatora signala namješta na 15 V, frekvencije khz (napajanje LNB-a i frekvencija koja služi za prebacivanje polarizacije). 3. Potrebno je izmjeriti snagu pojačanje pojačala u frekvencijskom pojasu od 950 do 50, s korakom od 100 i nacrtati krivulju pojačanja. Širinu frekvencijskog pojasa "span" namjestiti na 50, referentnu razinu na 0 db, ulazno gušenje na 10 db, a "RBW" na 100 khz. Tablica 3. Izmjerene vrijednosti pojačanja f () 950 1050 1150 150 1350 1450 1550 A (db) f () 1650 1750 1850 1950 050 150 50 A (db) PITANJA 1. O čemu ovisi EIRP?. Da li je za cijelu Hrvatsku potrebna jednaka satelitska antena? Zašto? 3. Kako je moguće poboljšati kvalitetu prijama? 4. Što je to horizontalna i vertikalna polarizacija? Zašto se koristi? 6