Особливості прийому сигналів з круговою поляризацією

 До появи проекту НТВ-Плюс російським ентузіастам супутникового телебачення рідко доводилося стикатися з круговою поляризацією - найбільший інтерес для індивідуального прийому представляють європейські супутники з лінійно поляризованим випромінюванням. Однак особливості прийому сигналів з круговою поляризацією яскраво проявилися з початком цифрового мовлення НТВ-Плюс. При прийомі сигналу з супутника BONUM-1 на ту ж антену, що використовується для прийому європейських супутників (з конвертером без деполяризатора), картинка "розсипається" навіть при дуже великому рівні сигналу.

При прийомі сигналів "старих" супутників ГАЛС, TDF-2 та Hot Bird на одну рухому антену деполяризатор був не потрібен. По-перше, сигнал ГАЛСів набагато потужніший сигналів супутників Hot Bird і, навіть з втратами 3 дБ, приймався не гірше. По-друге, несучі частоти транспондерів ГАЛСів та TDF-2 рознесені досить далеко, не менше ніж на 36 МГц (11767 LZ та 11803 RZ). Це більше, ніж ширина смуги пропускання приймача (27 МГц), тому навіть при одночасному прийомі сигналів в обох поляризаціях без розв'язки вони не перекривалися за частотою. Ця особливість позиції 36 градусів С.Ш. успішно використовувалася при колективному прийомі - для одночасного прийому сигналів з правою та лівою поляризацією використовувалася антена з запасом посилення 3 дБ (діаметр приблизно в 1,5 рази більше мінімально необхідного) і штатний конвертер НТВ-Плюс, з якого навмисно видалявся деполяризатор. Відпадала необхідність використовувати парні конвертери, розділювачі поляризацій, мультисвітчінги тощо.

Транспондери супутника BONUM-1 розташовані "вплотну". Центральні частоти транспондерів з різною поляризацією рознесені всього на 19 МГц. При прийомі сигналу, наприклад, з правою круговою поляризацією частина потужності сигналу сусіднього за частотою транспондера з лівою круговою поляризацією потрапить в смугу пропускання приймача. Такий сигнал не є корисним сигналом, отже, його можна розглядати, як шум. Збільшення діаметра антени в даному випадку не покращує якість прийому, оскільки рівень шуму зростає пропорційно рівню сигналу.

У хвилі з круговою поляризацією вектор електричного поля має постійну величину, але змінює напрямок (обертається), роблячи один оберт на 360 градусів за один період несучої частоти. Можна уявити хвилю з круговою поляризацією як суму двох лінійно поляризованих хвиль, вектори E' та E" яких розташовані ортогонально, а фаза коливань відрізняється на 90° (права кругова поляризація) або на 270° (ліва кругова поляризація).

На рис. 1 показаний один період хвилі з круговою поляризацією. Вектор E' розташований вертикально, а вектор E" - горизонтально. З рисунка видно, що сумарний вектор Eкр постійно змінює своє напрямок, роблячи повний оберт за один період. Тепер припустимо, що сигнал з круговою поляризацією буде прийматися на перемикаючий конвертер. Оскільки його штифти розташовані ортогонально (під кутом 90 градусів), можна розташувати вектори складових E' та E" паралельно "вертикальному" та "горизонтальному" штифтам конвертера відповідно. Не важко здогадатися, що сигнал буде прийматися на обидва штифти однаково, складова E' буде збуджувати штифт вертикальної поляризації, складова E" - штифт горизонтальної поляризації. Амплітуда кожного з векторів E' та E" буде менше амплітуди вектора Eкр у квадратному корені з 2 разів, тобто, втрати потужності складуть 3 дБ (потужність сигналу розділиться порівну між двома штифтами).

Щоб уникнути втрат при прийомі сигналу з круговою поляризацією, використовуються пристрої - деполяризатори. Найбільш простий деполяризатор - діелектричний. Він являє собою секцію круглого хвилеводу з діелектричною пластиною всередині (рис. 2). Припустимо, що в такому хвилеводі поширюється хвиля з круговою поляризацією. Розкладемо її на дві складові, направивши вектор E' паралельно пластині деполяризатора, а вектор E" - перпендикулярно їй. Фазова швидкість складової, вектор E', яка направлена паралельно пластині, не зміниться і залишиться рівною швидкості світла С. Швидкість же хвилі, вектор E", яка перпендикулярна пластині, буде більшою або меншою швидкості світла, це залежить від розмірів хвилеводу, товщини та діелектричної проникності матеріалу пластини. Відповідно, довжина хвилі буде більшою або меншою, ніж довжина хвилі у вільному просторі. Необхідно затримати або прискорити складову E" таким чином, щоб до кінця секції деполяризатора обидві складові E' та E" відрізнялися за фазою на 0 або на 180°. У цьому випадку на виході деполяризатора вони опиняться в фазі або в протифазі, і сумарний вектор буде мати постійний напрямок (45° відносно кожної складової, см. рис 2).

Таким чином, довжина пластини підбирається з таким розрахунком, щоб затримка складової E" складала 90°, тобто кількість довжин хвиль складових E' та E", укладаються на довжині пластини L, повинно відрізнятися на Л/4. У конвертері Cambridge AE37 (штатний конвертер НТВ-Плюс) використовується пластина з полістиролу товщиною 1 мм і довжиною 46 мм. Пластина розташовується в хвилеводі таким чином, щоб кут між площиною пластини та площиною, в якій розташований "вертикальний" штифт конвертера, складав 45°. При такому розташуванні пластини деполяризатор перетворює хвилю з правою круговою поляризацією в хвилю з лінійною вертикальною поляризацією, а хвилю з лівою круговою - в хвилю з лінійною горизонтальною.

Не важко переконатися, що деполяризатор - обертовий пристрій. Якщо на вході секції деполяризатора присутня лінійно поляризована хвиля, вектор Eл якої розташований під кутом 45° до діелектричної пластини, то на виході секції хвиля набуває кругову поляризацію. Як приймається сигнал з круговою поляризацією на перемикаючий конвертер з двома штифтами, вже розглядалося вище. Таким чином, якщо лінійно поляризований сигнал (наприклад, зі супутників Hot Bird) приймати на конвертер з деполяризатором, втрати по потужності складуть не менше 3 дБ, і сигнали обох поляризацій (як вертикальної, так і горизонтальної) будуть прийматися однаково на обидва штифти, заважаючи прийому один одного.

Зазначимо, що якщо діелектричну пластину розташувати паралельно або перпендикулярно напрямку вектора Е лінійно поляризованої хвилі, вона буде вносити мінімальне затухання, не змінюючи при цьому напрямку поляризації. Значить, деполяризатор можна "вимкнути" на час прийому супутника з лінійною поляризацією, встановивши пластину паралельно штифту вертикальної поляризації (або перпендикулярно йому). Це можна зробити за допомогою комбінації пристроїв "діелектричний деполяризатор + механічний або магнітний поляризатор". При початковій настройці пластина деполяризатора встановлюється по напрямку вектора Е вертикально поляризованої хвилі. Для прийому сигналів з лінійною поляризацією механічним поляризатором приймальний штифт розгортається паралельно або перпендикулярно пластині. Для прийому сигналів з круговою поляризацією штифт встановлюється таким чином, щоб кут між ним та площиною пластини складав 45° в ту або іншу сторону. Якщо використовується магнітний поляризатор, штифт конвертера залишається нерухомим, а напрямок поляризації лінійно поляризованої хвилі (яка пройшла паралельно або перпендикулярно пластині деполяризатора або сформованої з хвилі з круговою поляризацією) приводиться магнітним поляризатором в площину штифта.

Використання обох цих пристроїв пов'язане з певними обмеженнями.

• Для управління як магнітним, так і механічним поляризатором ресивер повинен мати відповідний інтерфейс. У цифрових ресиверах, за рідкісними винятками (наприклад, PRAXIS DVB9800 ADP), такого інтерфейсу немає. Для управління магнітним поляризатором в спрощеному варіанті можна використовувати вихід ресивера 0 / 12 В з деякими доопрацюваннями.
• І той і інший поляризатори розраховані на роботу з конвертерами без переключення поляризації (з прямокутним фланцем). Як правило, якщо такий конвертер двохдіапазонний, то гетеродини верхнього і нижнього діапазону переключаються напругою живлення 13 / 18 В. У більшості цифрових ресиверів цей керуючий сигнал використовується тільки для переключення поляризації. Це обставина сильно ускладнює програмування ресивера.
• Обидва ці пристрої вносять власні втрати від 0,2 до 0,5 дБ, зменшуючи добротність приймальної установки в цілому.

У більшості випадків вигідніше використовувати для прийому супутників у позиції 36,0 С.Ш. окрему антену або окремий конвертер. Усі без винятку цифрові ресивери підтримують протокол DiSEqC, тому проблем з комутацією антен не виникне.

Інші статті по професійним ресиверам читайте тут - САТПРО