Rob's web

Satelliet-TV 1; Ontvangst

Sinds enkele jaren draaien er om de aarde een aantal TV-satellieten die bedoeld zijn om signalen te leveren aan kabelnetten. Over niet al te lange tijd zullen er een aantal omroepsatellieten (DBS) bij komen, speciaal voor individuele ontvangst. Vooral dit laatste maakt satelliet-TV interessant Volgende maand publiceren we in Elektuur een "indoor unit", het binnenhuisgedeelte voor een eigen TV-satelliet-ontvangst. Nu zullen we, aan de hand van een model, laten zien aan welke eisen een dergelijke ontvanger moet voldoen om een goed plaatje op onze TV te kunnen leveren.

Bij satelliet-TV hebben we te maken met TV-zenders die niet op de aarde staan, maar in een baan om de aarde draaien. De besturing van de zender gebeurt op aarde. Ook het signaal dat door de satelliet uitgezonden wordt, is afkomstig van de aarde. Vanaf een grondstation worden met een straalverbinding op 17 GHz stuur- en TV-signalen naar de satelliet gezonden. Men noemt dit de uplink. Een ontvanger in de satelliet zorgt er voor dat dit uplink-signaal ontvangen wordt en dat het TV-signaal naar de zender gaat, die het dan weer, op een andere frekwentie, uitzendt richting aarde. Deze zend-ontvanger noemt men een transponder. Het signaal van de satelliet richting aarde wordt het downlink-signaal genoemd. De elektronica in de satelliet wordt gevoed uit zonnecellen. Hierdoor kan het totale energieverbruik van de satelliet niet al te groot zijn. Zenders met grote vermogens kunnen dan ook niet worden toegepast. Om er voor te zorgen dat we op aarde met een vast opgestelde antenne de zender kunnen ontvangen, moet de satelliet in een geostationaire baan om de aarde draaien, waardoor de satelliet recht boven een bepaald punt op de evenaar blijft hangen.

Tussen TV-satellieten en TV-zenders zoals die van Nederland 1 en 2, bestaan een aantal opmerkelijke verschillen.

  1. Een TV-satelliet is in een veel groter gebied te ontvangen.
  2. De TV-zender van de satelliet werkt op een frekwentie van ongeveer 12 GHz. Alle normale TV-zenders bevinden zich in het gebied tussen 50...850 MHz.
  3. Bij het moduleren van het beeldsignaal wordt bij satelliet-TV gebruik gemaakt van FM in plaats van AM, waardoor de bandbreedte van het TV-signaal veel groter is (ongeveer 27 tot 36 MHz i.p.v. 7 MHz).
  4. De hoeveelheid programma's die tegelijkertijd door een satelliet uitgezonden worden, is vaak vele malen groter. Tevens kan men bij een TV-beeld meerdere geluidssignalen voegen. Hierdoor is men in staat om tegelijkertijd het beeld te voorzien van kommentaar in verschillende talen. Elk taalgebied dekodeert dan het gewenste geluidssignaal. In dit artikel zullen we (nog) niet ingaan op de praktische uitvoering. We zullen ons beperken tot de signalen die te verwachten zijn, wanneer we gebruik maken van een ontvanger en een antenne-opstelling met de eigenschappen zoals in tabel 1 is aangegeven. Met behulp van berekeningen zijn we namelijk in staat om een goede schatting van de te verwachten beeld- en geluidskwaliteit te maken.
Tabel 1. Satelliet-TV-ontvangstsysteem
SatellietEutelsat (ECS-1)
+13° oost
f ≈ 11 GHz
EIRP = +45 dBW
AntennePrimairfokus
1,5 m diameter
LNB-parametersF = 3 dB
ingangsverlies 1 dB (polarizer)
conversie versterking > 50 dB
Ontvangerbandbreedte 36 MHz
IF1 950...1750 MHz
Gc ≥ 80 dB
FM
Omgevingstemperatuur290 K (+17 °C)
Kabeldemping< 4 dB
Vrij zicht naar satelliet wordt verondersteld

De berekeningen zullen betrekking hebben op de Eutelsat 1 (ECS-1). Dit is een satelliet die een groot aantal, voor ons interessante, programma's uitzendt. Wat we kunnen verwachten op deze satelliet is te vinden in tabel 2b. De satelliet is bedoeld om signalen te leveren aan kabel-systemen, waarbij het signaal ontvangen wordt door een parabool-antenne met een diameter die groter is dan 3,5 m. De hierbij toegepaste elektronische apparatuur is van professionele kwaliteit.

Tabel 2a. Intelsat V F-4, baan-positie: 27,5° W, EIRP: +44 dBW, kanaal-bandbreedte: 70 MHz
Transponder No.
beam
polarisatie
ProgrammaLand(en)Frekwentie
GHz
scramblingsysteemTotale bandbreedte
MHz
PreemphasisDispersie
MHzpp,(fd)
Beeldsysteem
1 W ---10.975-----
2 W HPremiere
The Childrens' Channel
Engeland11.015geen30CCIR 4052 (25 Hz)PAL
3 W HScreen Sport
Arts Channel
Lifestyle
Engeland11.135geen30CCIR 4052 (25 Hz)PAL
4 W HMirror VisionEngeland11.175geen30CCIR 4052 (25 Hz)PAL
5 W ---11.515-----
6 W ---11.565-----
1 O ---10.995-----
2 O VCNNUSA11.155geen30CCIR 4052 (25 Hz)PAL
3 O ---11.475-----
Tabel 2b. Eutelsat 1 F-1 (ECS 1), baan-positie: 13° O, EIRP: +45.0 dBW
Transponder No.
beam
polarisatie
ProgrammaLand(en)Frekwentie
GHz
scramblingsysteemTotale bandbreedte
MHz
PreemphasisDispersie
MHzpp,(fd)
Beeldsysteem
1 W HRAI-1Italië11.005geen36--PAL
2 H3-SATDuitsland
Oostenrijk
Zwitserland
11.055geen36--PAL
3 W HEuropa TV (EBU)Nederland11.170geen36--PAL (D2-MAC)
4 W HTV-5 of
Worldnet
Frankrijk
USA
11.470geen36CCIR 4052 (25 Hz)SECAM
PAL
5 - ---------
6 W HSky ChannelEngeland11.650OAK-RACAL27--PAL
7 W VTeleclubZwitserland10.985geen36CCIR 4054 (25 Hz)PAL
8 VRTL plusLuxemburg11.085geen36--PAL
9 W VATN-FilmnetNederland & België11.138geen of experimenteel30--PAL
10 W VSAT-1Duitsland11.507-36--PAL
11 - ---------
12 W VMusic BoxEngeland11.674geen36/30--PAL

De recente ontwikkeling met betrekking tot de gallium-arsenide-technologie (GaAs) heeft er voor gezorgd dat het ontvangen van ECS-1 al mogelijk is "met een relatief kleine schotel-antenne (diameter 1,5 m). Doordat de daarvoor benodigde lage-ruiskonverters nu voor een redelijk bedrag aangeboden worden, is het voor iedereen mogelijk om een satellietontvanger aan te schaffen. Deze konverters, ook wel genaamd LNB's (low noise block down converter), maken gebruik van GaAs-FET's als versterkers met ultra-lage ruis. Lang niet alle termen in tabel 1 zullen voor u bekend zijn, maar in het verloop van dit artikel zullen deze termen verduidelijkt worden. Ten eerste is het belangrijk te weten waar we de satelliet, dat kleine puntje, in de ruimte kunnen vinden.

Het vinden van de satelliet

Het zojuist geïntroduceerde hypothetische ontvangersysteem kan een van de twee stations D of E uit figuur 1a zijn. Voor alle duidelijkheid: het gaat hier over een ontvanger met de eigenschappen zoals weergegeven in tabel 1, die bedoeld is voor prive-gebruik en dus niet als een ontvanger behorende bij een kabelnet.

Fig 1
Figuur 1. Twee geostationaire satellieten (1a) die het zelfde gebied bestrijken als een groot netwerk van gewone zenders. De figuren 1b en 1c laten zien hoe de antenne op de satelliet gericht moet worden.

Bij satellieten die in een vaste baan rond de aarde draaien, wordt de hoogte van de satelliet bepaald door de snelheid. Er is een evenwicht tussen hoogte en snelheid. Hierdoor bestaat er een relatie tussen de tijd tr waarin de satelliet een omwenteling rond de aarde maakt en de hoogte ten opzichte van de aarde.

tr = 1,40818333((a / r) + 1)3/2 uur

In deze formule is:
a = de hoogte van de satelliet ten opzichte van de evenaar;
r = de doorsnede van de aarde (6371 km).

Satellieten in een geostationaire baan hebben een dusdanige snelheid, dat tr = 24 uur. Met behulp van bovenstaande formule kunnen we dus de hoogte van de geostationaire baan uitrekenen.

24 = 1,4081333 × ((a / 6371) + 1)3/2 = 17,043236
(a / 6371)+ 1 = 17,0432362/3
a / 6371 = 6,6227 - 1
a = 35822 km

Deze afstand a is dus de afstand tot de evenaar. Omdat de satelliet recht boven de evenaar hangt, is de afstand tussen de satelliet en bijvoorbeeld Amsterdam groter dan de berekende waarde.

Door de grote toename van kommunikatiesatellieten begint de geostationaire baan al aardig vol te raken. Tijdens de WARC 77 (World Administrative Radio Conference) is vastgesteld, dat de minimale afstand tussen twee satellieten ongeveer 0,2° moet zijn. Dit komt overeen met een afstand van ongeveer 150 km. Tevens is er een zogenaamde parkeerbaan vastgesteld voor reserve-en defekte satellieten. Deze baan ligt 100 km verder de ruimte in.

Hoewel de gravitatie- en centrifugaalkrachten in evenwicht zijn, waardoor we zouden verwachten dat de satelliet op zijn plaats zou blijven, blijken er toch regelmatig koerskorrekties nodig te zijn. Het uit de baan geraken wordt o.a. veroorzaakt door mogelijke botsingen met meteorieten en variaties in het aardmagnetische veld.

Het kontrolecentrum op aarde zorgt er kontinu voor dat de satelliet niet te ver van zijn vaste plaats komt. Ontvangst op aarde is nu met een vast opgestelde antenne mogelijk. Bij het richten krijgt de antenne een bepaalde elevatiehoek (zie figuur 1b). Deze hoek is afhankelijk van de geografische breedtegraad waarop de antenne binnen het werkgebied van de satelliet staat. Hoe verder we naar het noorden gaan, hoe kleiner de elevatiehoek wordt. Voor ECS-1 is in Oslo (58° N) de elevatiehoek ongeveer 26° en in Parijs (49° N) ongeveer 33°. Tevens is de elevatiehoek afhankelijk van de plaats van de satelliet in de geostationaire baan. Voor Intelsat V F-1, die boven de Indische Oceaan hangt, is in Nederland de elevatiehoek ongeveer 10° (zie figuur 1c).

Willen we met een antenne meerdere satellieten ontvangen, dan moeten we er voor zorgen dat niet alleen de richting (azimut) van de antenne verandert, maar ook de elevatiehoek. Bij afstandbediening hebben we dus twee motoren nodig. Een motor voor het draaien van de antenne en een voor de elevatie. Er bestaat ook een systeem waarbij met een motor de azimut en de elevatie veranderd kan worden. Dit staat bekend als het polar-mount-systeem (zie figuur 2).

Fig 2
Figuur 2 Achteraanzicht van een schotel die d.m.v het polar-mount-systeem op verschillende satellieten gericht kan worden.

De in figuur 1a gebruikte term EIRP (Effective Isotropic Radiated Power) is gebruikt om het ekwivalente zendervermogen op te geven. EIRP is het produkt van de antenneversterking (Ga) en het vermogen van de zender (Po) of de som van deze termen in dB's. Bij de berekening kan uitgegaan worden van het vermogen in watts of in milliwatts. We krijgen dan respektievelijk dBW of dBm.

EIRP = 10 log (Po × Ga) [dBW]

Een voorbeeld:

Po = 20 W; Ga = 100.
EIRP = 10 log (2000) = +33 dBW of EIRP = +13 dBW + 20 dB = +33 dBW = +63 dBm

Het werken met dB's is een gebruikelijke methode voor het uitdrukken van relatief grote en kleine vermogens. Bij een downlink-vermogen van +45 dBW bijvoorbeeld (zie figuur 1a) is het ekwivalente vermogen 104,5 = 31,6 kW. Dit betekent bij een uplink vermogen van 92 dBW dat het grondstation een ekwivalent vermogen levert van 1,6 GW.

Hierbij moet wel bedacht worden dat het ekwivalente vermogen ontstaat uit het produkt van zendervermogen en antenneversterking. Dit houdt in dat het ekwivalente vermogen van de satelliet opgewekt kan worden door een 20 watt-zender en een antenne met een versterking van 32 dB. Het enorme ekwivalente uplink-vermogen wordt verkregen door een 500-watt-zender en een paraboolantenne met een doorsnede van 18 m en een versterking van 62 dB. Figuur 3 laat een dergelijk grondstation zien.

Fig 3
Figuur 3. Het satellietuplink-station in Lessive, België.

Systeemopbouw

Een parabool is waarschijnlijk het enige type antenne dat nog voldoende versterking geeft bij frekwenties boven 2,5 GHz. Figuuur 4 laat een aantal verschillende schotelantennes zien. De meest bekende is de primairfokus-paraboolantenne (figuur 4a). In de figuur zijn een aantal formules gegeven die gebruikt moeten worden bij het maken van deze antenne. De Cassegrain-antenne (figuur 4b) is de meest geavanceerde antenne. Een verdere ontwikkeling van de primair-fokus-schotel is het Cassegrain-systeem (zie figuur 4b), waarbij de LNB aan de achterzijde gemonteerd wordt. De offset-antenne, de linker antenne in figuur 4c, zal waarschijnlijk de meest populaire antenne worden, omdat deze veel minder last heeft van hoogfrekwente schaduw veroorzaakt door de LNB en de voor de ophanging benodigde konstruktie. Vooral bij kleine schoteldiameters gaat deze schaduw een grote rol spelen. De offset-antenne heeft verder als voordeel dat het schoteloppervlak minder hol is. Hierdoor verzamelt zich in de parabool minder gauw sneeuw die de werking van de antenne sterk vermindert.

Fig 4
Figuur 4. Parabolen die gebruikt kunnen worden voor de ontvangst van satelliet-TV De offset-parabool (figuur 4c links) is een van de beste alternatieven voor het ontvangen van de toekomstige DBSsatellieten.

Een eigenschap van paraboolantennes is dat bij vergroting van het oppervlak de versterking toeneemt en de openingshoek afneemt. Met behulp van de grafiek van figuur 5 kunnen we een schatting maken van de relevante karakteristieken van de te gebruiken schotel. De LNB (tabel 1, figuur 7) is een konverter die signalen van de 10,95...11,75-GHzband omzet naar een middenfrekwent van 950.. ..1750 MHz, door menging met een local oscillator van 10 GHz.

Fig 5
Figuur 5. De grafieken van een primairfokus-antenne, waarmee de theoretiche versterking t.o.v een %d-dipool, de openingshoek en het effektieve oppervlak als funktie van de diameter uitgezet zijn.

In de voorversterker, mixer en local oscillator worden GaAs-FET's gebruikt vanwege de lage ruis (3 dB), de goede temperatuurstabiliteit en een grote versterking.

Voor het demoduleren van het signaal in een beeld- en geluidskanaal, kan niet gebruik gemaakt worden van een normaal TV-toestel, maar is een breedband-FM-TV-ontvanger noodzakelijk.

Ontvanger- en systeemruis

Uitgaande van de gegevens in tabel 1, zijn we in staat om de balans tussen de systeemruis en de signaalsterkte op te maken, waardoor een indruk verkregen kan worden van de uiteindelijke beelden geluidskwaliteit. Aan de hand van de gegevens uit tabel 1 kunnen we het zogenaamde downlink-budget opstellen. Of het signaal een goed plaatje geeft nadat het een afstand van ruim 38000 km heeft afgelegd, is onder andere afhankelijk van de ruis die ontstaat in het systeem. Het ekwivalente ruisvermogen Pn(r)van de ontvanger, geproduceerd in de ingangstrap, kan berekend worden met:

Pn(r) = K × Tr × BW [W]

De totale systeemruis Pn(sys) volgt uit de formule:

Pn(sys) = K × (Tr + Ta) × BW [W]

In deze formules is: k = konstante van Boltz-man; 1,38 × 10-23 J/K;
Tr = de ekwivalente ruistemperatuur van de ontvanger [K];
Ta = de ekwivalente ruistemperatuur van de antenne [K];
BW = de ontvangerbandbreedte [Hz].

Uitgaande van een ruisgetal van 3 dB is in figuur 6 af te lezen dat de Tr-waarde (van de door ons gebruikte LNB) ongeveer 300 K is bij een omgevingstemperatuur van 290 K (17°C).

Fig 6
Figuur 6. De ekwivalente ontvangerruistemperatuur als funktie van Fde of F.

Fig 7
Figuur 7. De 11-GHz-LNB met hoornantenne voor het belichten van een parabool met een f/D-verhouding van 0,5.

De Ta-waarde is ingewikkelder om te bepalen. De waarde wordt namelijk bepaald door de som van een groot aantal faktoren, zoals de ruistemperatuur van het heelal en storingen op de ontvangstfrekwentie. Tevens wordt de Ta-faktor bepaald door de vormfaktor van de schotel (oppervlakte-onregelmatigheden moeten kleiner zijn dan 1/10 λ), de reflektiekwaliteit, de FID-verhouding, de mate van belichting, het stralingsdiagram en de relatieve hoogte boven de grond. Wanneer gebruik gemaakt wordt van een goede schotel die vrij zicht heeft op de satelliet, dan is de Ta-waarde 40...50 K. Hoe beter de antenne hoe lager Ta.

Uitgaande van de systeemparameters Tr = 300 K, BW = 36 MHz en Ta = 45 K, kunnen we Pn(r) en Pn(sys) berekenen.

Pn(r) = 14,904 × 10-14 W ≡ -128,27 dBW = -98,27 dBm
Pn(sys) = 17,1396 × 10-14 W ≡ -127,66 dBW = -97,66 dBm

De theoretische drempelspanning Umin die door de ontvanger (de LNB, niet het systeem) gedetekteerd kan worden, is te berekenen met:

Umin = √R × Pn(r) [V]

Met R = Rin = Z = 50 Ω, krijgen we:

Umin = √50 × 14,904 × 10-14 = 2,73 µV

We hebben nu de waarden bepaald die aan de negatieve kant van de balans werken. Nu moet gekeken worden wat ECS-1 aan de positieve kant heeft bij te dragen.

Ontvangen van picowatts

Bij twee stations die werken op 11 GHz en n km uit elkaar liggen, wordt de trajektdemping d bij vrij zicht bepaald door de formule:

d ≈ 114 + 20 log n [dB]

De waarde 114 is empirisch bepaald, maar houdt geen rekening met invloeden die het signaal verzwakken, zoals hevige regenval, sneeuw, hagel, mist, passerende vliegtuigen en andere faktoren die het signaal kunnen beinvloeden. De verzwakking door deze invloeden kan oplopen tot 0,6 dB/km. Meteorietregens en satellietpositioneringsfouten kunnen voor een nog hogere demping zorgen. Uitgaande van een afstand van 38800 km, wordt de demping:

d ≈ 114 + 20 log 38800 = 205 dB

Uit het bovenstaande blijkt dat zo'n 210 dB trajektdemping een meer realistische waarde is voor de ECS-1, als we kijken naar de gebruikelijk heersende weersomstandigheden in West-Europa.

Voor ECS-1 met een EIRP van +45 dB en een trajektdemping van 205 dB, zal er dus een signaal van 45 - 205 = -160 dBW op aarde komen. Voor een antenne van 1 m2 kunnen we de grootte berekenen van het signaal dat op deze antenne komt. Bij deze berekening gaan we uit van een isotrope antenne.

Een isotrope antenne is een hypotetische referentie-antenne met een versterking van Gi = 1 = 0 dB. De antenne heeft een effektief oppervlak van:

Siso = λ2/4π [m2]

Voor een frekwentie van 11 GHz (λ = 0.025 m = 2,5 cm) wordt dit:

Siso = 4,97 × 10-5 m2

Als dit oppervlak een versterking levert van 0 dB, dan zal een echte antenne met een oppervlak van 1 m2 een versterking geven van:

Gi = 10 log (1/Siso) [dBi]
Gi = 10 log 20107 = +43 dBi

Bedenk hierbij dat er een verschil is tussen Gi en GdBd. Bij de eerste wordt de versterking gerelateerd aan de isotrope antenne en bij de tweede aan een dipool.

GdBd ≈ Gi + 2,15

Op dit effektieve oppervlak van 1 m2 wordt een signaal ontvangen van:

PFD = EIRP + Gi - d [dB (W/m2)]

PFD betekent power flux density. Dit is een maat voor de relatieve signaalstrekte.

In ons voorbeeld wordt de PFD dus:

PFD = +45 + 43 - 205 = -117 dB (W/m2)

Helaas is de hier gegeven waarde van de PFD niet overal geldig. Er moet namelijk rekening gehouden worden met het feit dat de satelliet slechts in een beperkt gebied te ontvangen is. Het zal waarschijnlijk wel duidelijk zijn dat aan de rand van dit gebied de signaalsterkte kleiner is dan in het centrum. In figuur 8 is te zien in welk gebied de satellieten ECS-1 en Intelsat V F-4 te ontvangen zijn. In deze figuren zijn tevens de verschillende PFD waarden aangegeven. Per ring neemt de PFD-waarde met 1 dB af.

Fig 8
Figuur 8. De PFD-kontouren van ECS-1 en Intelsat VF-4

Om er voor te zorgen dat de ontvangst aan de rand van het aangegeven gebied de zelfde kwaliteit heeft als in het centrum, moeten we er voor zorgen dat de antenne 7 dB meer versterkt bij een zelfde ontvanger opzet. Kijken we nog eens naar figuur 5, dan zien we wat deze vergroting van de versterking betekent voor de schoteldiameter. Hierdoor valt tevens te verklaren waarom kabel-exploitanten schotels gebruiken met een doorsnede van meer dan 3,5 m om de verschillen in signaalsterkte bij verschillende weersomstandigheden op te kunnen vangen.

Downlink-budget

Uit het voorgaande komen twee belangrijke getallen naar voren, te weten de PFD en Pnsys. Met deze twee getallen kunnen we de signaallruis-verhouding (C/N, carrier to noise ratio) als volgt berekenen:

C/N = PFD - Pn(sys) [dB]

Invulling van de al bekende waarden geeft een C/N-verhouding van:

C/N = -117 - (-127,66) = 10,66 dB

We zien dat dit in het geheel geen slechte waarde is, in aanmerking genomen dat bij professionele ontvangers van een waarde van +15 dB wordt uitgegaan. In de praktijk blijkt echter dat +10 dB voldoende is voor een goede ontvangst.

Kwaliteitsgetal

Uitgaande van Umin en C/N kunnen we alleen iets zeggen over het ingangssignaal. Deze waarden geven nog geen volledig uitsluitsel over wat er op het beeldscherm gebeurt. scherm gebeurt. Fabrikanten van TV-satellietontvangers gebruiken het kwaliteitsgetal of gain-temperatuurverhouding (G/T) om de relatieve kwaliteit van hun produkt aan te geven.

Eq 1

G = antenneversterking (niet in dB);
a = de som ven de verliezen tussen voorversterkeringang (LNB) en het punt van maximale PFD in het antennesysteem (niet in dB).

Voor ons hypothetische systeem met de eigenschappen volgens tabel 1, geldt:

Eq 2

De waarde van 16,1 dB/K is in vergelijking met fabriekssystemen geen slechte waarde, vooral gezien de grootte van de parabool. Er is van uitgegaan, dat de totale konversieversterking hoog genoeg is, wat bij een G van 80 dB zeker het geval is, en dat het ruisgetal van de rest van de ontvanger niet meer is dan drie keer het ruisgetal van de LNB (zie literatuur 1 en 2).

In de formule van G/T is goed te zien wat de gevolgen zijn van een stijging van de verliezen a op de totale prestatie van het systeem. De verliezen tussen het punt van maximale PFD en de ingang van de LNB kunnen o.a ontstaan doordat de LNB niet goed in het brandpunt staat of door een belichting die niet optimaal is. Verzwakking kan ook ontstaan door filters, polarisators en stukken golfpijp aan de ingang van de LNB.

De signaalruisverhouding, de uiteindelijke maat voor de beeldkwaliteit, wordt als volgt berekend:

S/N = PFD + G/T + X

In deze formule heeft X een waarde van 147,3 dB behorende bij een bandbreedte van 36 MHz (zie literatuur 7). De S/N-verhouding wordt nu:

S/N = (-117) + 16,1 + 147,3 = 46,4 dB

Deze waarde is voldoende om een goed beeld te geven (zie figuur 14).

Omroepsatellieten

Het is al eens gezegd dat de hieraan voorafgaande berekeningen gebaseerd zijn op het ontvangen van satellieten die bedoeld zijn om signalen te leveren aan kabel-systemen. Daarnaast is men al vanaf 1972 bezig om satellieten in omloop te krijgen die bedoeld zijn om signalen rechtstreeks aan de TV-kijker te leveren. Tijdens de WARC van 1977 zijn er al voor deze direct-broadcast-satellietes plaatsen gereserveerd in de geostationaire baan. Toch heeft het nog jaren geduurd voordat aan de praktische realisatie begonnen kon worden. Dit is mede veroorzaakt door diverse diskussies die er gevoerd zijn over o.a. het down-link-vermogen en allerlei exotische modulatievormen.

Op dit moment is men bezig om lanceringen te plannen, maar het kan nog wel even duren voordat de eerste omroepsatellieten in omloop zijn. Daarna duurt het nog zeker een half jaar, voordat de satellieten operationeel zijn. Door de grondstations moeten er namelijk na de lancering een groot aantal testprogramma's afgewerkt worden voordat de satellieten in bedrijf komen.

De satellieten dienen volgens de aanbevelingen van de WARC 1977 in het centrum van het werkgebied een PFD te hebben van minimaal -107 dB. Dit is een goede waarde, zeker gezien de snelle ontwikkeling van de SHF-technologie. De ontvangers moeten minimaal een C/N-verhouding hebben van 14 dB en een kwaliteitsgetal van 10 dBIK (zie literatuur 6).

Een aantal van de afspraken van de WARC van 1977 zijn weergegeven in figuur 9 en 10. Frankrijk (TDF-1) en West Duitsland (TV-sat) zijn op dit moment al in een vergevorderd stadium voor de lancering van nationale omroepsatellieten. Tevens wordt er door de EBU (European Broadcasting Union) gewerkt aan Olympus, een satelliet die een groot deel van Europa moet gaan bestrijken. Ook de Skandinavische satelliet Tele-X is in een vergevorderd stadium, terwijl in Italië, Ierland, Luxemburg en Zwitserland de plannen al op de tekentafel liggen. Voor het ontvangen van deze satellieten is een schotelantenne van 60.. ..90 cm en een goedkopere LNB voldoende, omdat de EIRP van deze satellieten veel groter is. Met een EIRP van 60.. ..65 dBW (1 tot 7 MW) is men in staat om een goed signaal af te leveren. Voor het maken van deze EIRP is een zender nodig van ongeveer 275 W.

Fig 9
Figuur 9. Positie-toewijzing van een aantal omroepsatellieten volgens de WARC 77. In deze figuur zijn de satellieten die nu al rond de aarde draaien niet weergegeven.

Fig 10
Figuur 10. Kanaalindeling van de omroepsatellieten en de bijbehorende antennepolarisatie. Door toepassing van verschillende polarisatierichtingen is het mogelijk om twee transponders op de zelfde frekwentie te laten werken.

Fig 11
Figuur 11. Het geplande werkgebied van de EBU-satelliet Olympus L-sat. In het gebied met een PFD van -103 dBW/m2 is ontvangst met prive installaties mogelijk. Bij een PFD van minder dan -115 dBW/m2 is ontvangst mogelijk met grote ontvangstsystemen, bijvoorbeeld voor kabel-TV.

Dat voor het ontvangen van toekomstige omroepsatellieten het beschreven ontvangersysteem van tabel 1 ruim voldoende zal zijn, is waarschijnlijk wel duidelijk. Halvering van de parabool-diameter is zelfs mogelijk. Door digitalisering van de beelden geluidssignalen kan de signaalruisverhouding nog 2 dB verbeterd worden. De omroepsatellieten worden zo ontworpen dat er gewerkt kan worden met meerdere geluidsdraaggolven (zie figuur 12), high-quality stereo-programma's (met gekomprimeerde bandbreedte zoals het Panda-Wegener-systeem), teletekst, openbare dataservice en nog vele andere snufjes. Het is dus geen wonder dat er veel van de omroepsatellieten verwacht wordt. We zullen u hiervan in de toekomst zeker op de hoogte houden.

Fig 12
Figuur 12. Voorbeeld van het baseband-frekwentiespektrum van een omroepsatelliet aan de uitgang van de FM-demodulator (ongefilterd).

Fig 13
Figuur 13. Dit is wat we in de nabije toekomst nodig kunnen hebben voor het ontvangen van omroepsatellieten.
A = low noise block down converter (LNB) 12 GHz
B = paraboolantenne met positioneersysteem
C = verbindingskabel
D = indoor unit
E = eventuele signaal-combiner en/of -decoder
F = VCR
G = bestaande ontvangstantenne
H = stereoversterker

Fig 14
Figuur 14. Het systeem dat we aan U voorgesteld hebben, is geen hypothetisch systeem. Deze testbeeld-foto's van twee ECS-1transponders zijn het bewijs.

Literatuur

  1. R. Lenz DL3WR: Rauschen in Empfanger, UKW Berichte 3-1975
  2. Universele antenne-versterker, Elektuur februari 1980
  3. R. J. Kernot: The use of the European communication satellites for television transmission. zie [4]
  4. J.M..C. Scott and M. Neusten: Experience of accessing Eutelsat transponders from transportable earth-stations. Collogium of the Electronics division of the IEEE, digest No. 1986/32
  5. D. S. Evans en G. R. Jessop: VHF-UHF manual, derde editie. The Radio Society of Great Britain (RSGB)
  6. EBU review (technical): diverse artikelen in de nummers 200, 202 en 215
  7. Kathrein: Haus & Antenne 1985
  8. H. E. M. T. Bruin en H. A. Westra: 11-GHz-konverter voor satelliet-TV, Electron, aug. '85
  9. P. Smit: Satelliet TV, CQ-PA 28 1985

Deel 1 - Deel 2 - Deel 3 - Deel 4 - Deel 5

J. en R. v. Terborgh.