Satelliet-TV
Binnenhuisgedeelte: de TV-FM-detector
Voor het terugwinnen van de video-basisband uit het frequentiegemoduleerde satellietsignaal (na de transformatie in een lagere mf) bestaan verschillende mogelijkheden. Tot de meest populaire behoren de toepassing van een quadratuurdetector met het IC TAA661 en de PLL-schakeling met de SE-of NE564. Over de toepassing van dit laatste IC is al een groot aantal publicaties verschenen. Daarom is de NE564 gekozen als de centrale figuur in de FM-demodulator, waarvoor het nu volgende artikel de constructieaanwijzingen verschaft.
Het inwendige van de SE- of NE564 kan worden voorgesteld door het getekende blokschema van afb. 1. Het IC bevat meer dan vijftig transistoren en nog een paar dozijn weerstanden en dioden. Over de theorie van de PLL-schakeling zijn reeds een aantal boeken geschreven elk met de omvang van een gehele jaargang van Radio Bulletin. De PLL-schakeling is ook niet specifiek bedacht voor toepassing bij satelliet-TV, maar ten behoeve van bijvoorbeeld frequentiesynthesizers, met bepaalde intervallen instelbare oscillatoren (meetzenders of signaalgeneratoren), Frequency Shift Keying.(FSK bij telex) en dergelijke commerciële activiteiten. FM-demodulatie met een PLL-schakeling (dat wil zeggen een teruggekoppeld systeem) blijkt vooral gunstig door de winst in de videosignaal-ruisverhouding.
Afb. 2 Effect van de drempelwaarde bij FM.
Afb. 1 Blokschema van het PLL-IC NE564.
Voor frequentiemodulatie geldt als zogenoemde modulatie-index:
Bij een modulatie-index n = 5 is dus de frequentiezwaai vijfmaal de hoogste modulatiefrequentie. Hoe groter de index rl, des te groter is de "modulatie-winst" in signaal-ruisverhouding, maar wel ten koste van een grotere bandbreedte.
De minimale bandbreedte voor videosignalen met acceptabele kwaliteitseisen is Bmin = 2 fm (η + 1). Door slechts één zijband uit te zenden (vestigial sideband transmission) kan de benodigde bandbreedte tot circa de helft worden gereduceerd.
FM heeft een typische C-N-drempel (carrier to noise) (Schwellwert of threshold). Daarboven is er een lineair verband tussen de videosignaal-ruis- en de hf-signaal-ruisverhouding. Direct beneden de drempelwaarde, al is het ook maar weinig, verslechtert de videosignaal-ruisverhouding aanzienlijk. Deze samenhang is in afb. 2A weergegeven. De FM-drempel is dus de kleinste waarde van de hoofdfrequentsignaalruisafstand, waarvoor een zekere modulatie-index nog zinvol is. Daar beneden kan de gewenste of noodzakelijke videosignaal-ruisverhouding slechts met een kleinere bandbreedte (dat wil zeggen met een lagere modulatiefrequentie dit is minder gedetailleerde beeldweergave) worden bereikt.
De klassieke FM-demodulatoren (normaaldemodulatoren, ND in afb. 2B) kunnen de theoretisch mogelijke verbetering (gestippelde lijn in afb. 2A) niet halen. Met teruggekoppelde schakelingen zoals de PLL-FM-demodulator (drempelverbeterende demodulator, DD in afb. 2B) wordt die grenswaarde beter benaderd.
De in Duitsland gangbare definitie voor de drempelwaarde is de C-N-verhouding waarbij de video-S/N 1 dB verschilt met de op traditionele wijze bereikbare, zie afb. 2B.
Beknopte beschrijving van de PLL-schakeling
Het FM-signaal wordt toegevoerd aan pen 6 (zie afb. 1 en 3), de ingang van de begrenzer. Een begrenzer heeft tot doel een constant signaalniveau aan de fasevergelijker te leveren, onafhankelijk van de ingangsspanning (natuurlijk boven een bepaalde minimum waarde). Omdat de pennen 3 en 9 worden doorverbonden geschiedt de fasevergelijking ten opzichte van een zekere frequentie van de VCO (spanningsafhankelijke oscillator). Die frequentie, overeenkomend met de frequentiegemoduleerde mf (het ingangssignaal), is uitwendig in te stellen met behulp van enkele componenten tussen de pennen 12 en 13.
Afb. 3 Schema van de complete FM-demodulator met video- en audiosuhcarrieruitgang. De met een asterisk gemerkte onderdelen dienen aan de onderkant van de print te worden gemonteerd. Spanningen tussen ronde haakjes zijn gemeten niet een voltmeter van 20000 Ω/ V.
De terugkoppeling van de PLL, het zogenoemde loop- of lusfilter, wordt gecompleteerd via de pennen 4 en 5. In combinatie met een inwendig aanwezige 1,3kΩ-weerstand vormt dit gedeelte een laagdoorlaatfilter. Door de grootte van de via pen 2 toegevoerde stroom (hoogohmige weerstand) is de gevoeligheid van de fasevergelijker te beïnvloeden. De VCO wordt, tezamen met de versterkertrap, gevoed via pen 10. Pen 11, aangevuld met een weerstand naar massa, is de uitgang van een emittervolger, zodat hier de VCO-frequentie met behulp van een frequentieteller kan worden bepaald. Die frequentie is binnen ruime grenzen te kiezen via een capaciteit tussen de pennen 12 en 13. De door de fabrikanten gespecificeerde hoogste frequentie is 45 MHz voor het type NE564. De "militaire" versie SE564 wordt tot 50 MHz gegarandeerd. Voor beide geldt dat "typisch" 60 à 65 MHz kan worden gehaald. En voor uitgezochte exemplaren kan men wel tot 70 à 80 MHz komen.
Het is eigenlijk vreemd, dat bij de eerste (vooral Amerikaanse) toepassingen van de NE564 voor satelliettelevisie, hardnekkig werd vastgehouden aan de "standaardnorm" van 70 MHz als tweede mf. Dat heeft tot veel teleurstelling aanleiding gegeven. Eén ontwerp in een Amerikaans tijdschrift bracht zelfs als "de oplossing" het toepassen van een frequentiedeler (tweedeler) tussen mf en PLL, waarmee de moeilijkheden alleen maar werden verplaatst! Veel logischer is het, als de PLL niet met zekerheid de normfrequentie haalt om dan die "norm" maar te laten vervallen en tot toepassing van een lager mf te besluiten, bijvoorbeeld 50 MHz. Die mf mag immers vrij worden gekozen en een waarde van 40 tot 60 MHz is ook voor de PLL acceptabel. De 50 MHz-oscillatorfrequentie kan worden ingesteld met een miniatuurtrimmertje van 1,5 tot 8 pF.
FM-demodulator
Het complete schema van de FM-demodulatorsectie is getekend in afb. 3. Aan de NE564 gaat een ingangstrap vooraf met een vrij willekeurige transistor (BFT66, BFY90, BFQ53 en dergelijke). In het ontwerp is de BFY90 gebruikt. Voor de basis naar de 50Ω-kabelaansluiting is een aanpassings of ontkoppelnetwerkje aanwezig en aan de collectoraansluiting van de BFY90 is, via een serieschakeling van 1 kΩ en 0,01 µF, met twee germaniuntdioden in een spanningsverdubbelingsschakeling een "signaalsterktemeting" gerealiseerd.
De uitgang van de NE564 is voorzien van een emittervolger (BC547). De weerstand naar de basis is overbrugd met een 100pF-condensator om hogere frequenties wat te egaliseren. Deze emittervolger heeft drie uitgangen: het videosignaal, een uitgang naar het geluidsgedeelte (6 tot 8 MHz via R=270Ω en C=0,01 µF) en een aansluiting ten behoeve van een AFC-signaal (automatische frequentiecorrectie) met 18 kΩ en 0,01 µF naar massa. Deze AFC-aansluiting is bestemd voor de anti-dispersieschakeling bij ontvangst van de Russische zender Horizont.
Tussen de emittervolger en de videoversterker met het IC NE592 bevinden zich twee filters. Ten eerste het dé-emphasisfilter volgens afb. 4A, voor PAL of SECAM. Vervolgens komt er een laagdoorlaatfilter dat bedoeld is om alleen de videosignalen door te laten en hogere frequenties, zoals de 6 tot 8MHz-subcarrier(s) voor het (de) audiosignaal (signalen) te blokkeren. Dat filter is getekend in afb. 4B.
Afb. 4 Beide filters zijn voor aanpassing op 150a
A. Het dé-emphasisfilter voor PAL en SECAM.
B. Laagdoorlaatfilter < 5,5 MHz.
De elco's tussen emitteruitgang en de ingang van de videoversterker zijn noodzakelijk om de gelijkspanningen van de emitter van de BC547 en van de ingang van de NE592 niet te verstoren. De capaciteit van deze moet minimaal 100 µF zijn, 220 µF is beter.
Videoversterker
De beide ingangen 1 en 14 van de NE592 zijn gelijkwaardig. De versterking is regelbaar met potentiometer P1.
De beide uitgangen 7 en 8 leveren het versterkte videosignaal normaal (7) en geïnverteerd (8). Op de printplaat zijn hiervoor drie pennetjes aangebracht zodat het videosignaal, als dat nodig is, kan worden "omgepoold".
De zenerdiode Z6,8V zorgt voor een verlaging van het gelijkspanningsniveau. Na de 1µF-tantaalcondensator is een zogenoemde "Clamp"-schakeling aanwezig.
Energiedispersie
Alle FM-STV-zenders passen zogenoemde energiedispersie toe (Energieverwischung, energy-dispersal), om de eventuele storing van terrestische (aardse) straalverbindingen door de sterke energiemaxima van het frequentiegemoduleerde satellietsignaal te voorkomen. Bij de Russische zender Horizont geschiedt dat met behulp van een driehoekvorminge spanning met een frequentie van 2,5 Hz. Bij de ECS-1 en Intelsat met een frequentie van 25 Hz.
Als er geen passende tegenmaatregelen worden genomen veroorzaakt deze dispersie een duidelijk trillend beeld (25 Hz), ook zichtbaar bij controle direct na de eerste mengtrap op kanaal 21 tot kanaal 30, of na de tweede mengtrap op k2 of k3 van een gewone TV-ontvanger. De clamp-schakeling zorgt er nu voor dat het gelijkspanningsniveau (de nulcomponent) van het videosignaal constant blijft en de driehoekspanning wordt onderdrukt. De diode daarvoor moet bij voorkeur een snelle Schottky-diode zijn (Hewlett-Packard 5082-2800, Doeven te Hoogeveen of Pyros' Antennetechniek te Arnhem), maar desnoods is ook een gewone diode 1N914 bruikbaar. De zenerdiode Z6,2V is niet cri,isch (5,6 V of 6,8 V).
Voor de Russische zender is deze clampschakeling niet voldoende en moet een anti-dispersieschakeling tussen PLL en oscillator van de tweede mengtrap worden aangebracht.
Montageaanwijzingen
Afb. 5 De prinsplaat, componentenzijde, schaal l : 1. Dubbelzijdig, epoxy printplaat.
Afb. 6 De prinsplaat aan de koperbaanzijde, schaal 1 : 1.
In afb. 5 is de printplaat op de compoentenzijde gezien en afb. 6 is de kopernaanzijde (dubbelzijdige epoxyprintplaat). De op de printplaat getekende eierkantjes voor de aardpunten maken het een amateur mogelijk de dubbelzijdige printplaat desnoods éénzijdig te etsen (koperbaanzijde!). Met uitzondeing van die met een vierkantje gemerkte, moeten dan eerst de overige ronde 0,8mm-gaatjes worden geboord, waarna aan de componentenkant (de koperzijde) voor die gaatjes met een 3 mm boor de koperlaag moet worden verwijderd. Voorzichtig, geen gaten maken! Vroeger waren hiervoor freesjes te koop. (Wie weet een adres?) Pas na het verwijderen van de uitsparingen de overige 0,8mm-gaten boren voor de aardpunten. Waar dat nodig is worden de desbetreffende onderdelen aan beide kanten van de printplaat gesoldeerd.
Afb. 7 Opstelling van de onderdelen.
De in afb. 3 met een asterisk gemerkte onderdelen kunnen het beste aan de onderkant, op de koperbaanzijde, worden aangebracht. In plaats van 3 pF is ook 3,3 pF of 2,7 pF bruikbaar. De meeste elco's moeten verticaal worden gemonteerd. Voor de overige condensatoren is gerekend op MKM-types (rastermaat 7,5 mm). Bij de pennen 7 en 8 van de NE592 en het schakelpunt, evenals voor enkele meetpunten moeten soldeerpennetjes of -stiften worden aangebracht.
Als behuizing is weer een standaarddoosje (74 × 148 × 50 of 30 mm) toegepast. Rondom solderen van de print-plaat is niet noodzakelijk. Het op enkele punten aarden is voldoende. Voor de ingang eventueel een BNC-chassisdeel gebruiken of een kabeltje rechtstreeks aansluiten, voor de video- en audiosubcarrieruitgang zijn geïsoleerde glazen doorvoeren of Teflon doorvoeren (art.nr. 7780 Doeven te Hoogeveen) te gebruiken. De voeding en de AFC (antidispersieschakeling) via doorvoercondensatoren van 1 nF of groter.
De getallen tussen ronde haakjes op het schema van afb. 3 zijnde gemeten gelijkspanningen met een voltmeter van 20000Ω/ V (of hoger). De signaalmeter S (50 µA of 100 µA) met een voorschakel-weerstand voor bijvoorbeeld een maximale uitslag van 5 V (Rv respectievelijk 100 kΩ of 47 kΩ) wijst bij ontvangst van een STV-zender 0,5 tot 1 V aan. Een meter met een groter stroomverbruik kan met behulp van een eenvoudig transistorschakelingetje ook worden benut.
Controle van de oscillatorfrequentie
Dit is uiteraard mogelijk met een frequentieteller, aangesloten op het meetpunt van pen 11, met een weerstand van 50 Ω af te sluiten wanneer de teller niet wordt gebruikt. Maar een eenvoudiger manier is een antennedraadje van een FM-ontvanger in de buurt brengen van de NE564. Bij verdraaien van het oscillatortrimmertje moet dan, op de op 100 MHz ingestelde FM-ontvanger, een sterke draaggolf als tweede harmonische van de VCO op 50 MHz zijn te horen.
Met een laagfrequentversterker en luidspreker aangesloten op de videouitgang en een klein stukje draad aan de ingang van de BFY90 zijn ook weer allerlei kortegolfzenders hoorbaar. Een AM-TVzender, via de TV-tuner op de ingang, levert echter nauwelijks een beeld op een FM-TV-ontvanger: dat gebeurt pas met een FM-signaal!
PA0VT, L. Foreman.