Спутниковый гетеродин: применение генераторов преобразования частот в спутниковых конвертерах

Начало системы гетеродинных приемников было положено в 1905-м году изобретателем из Канады Реджинальдом Фессенденом. Однако широкое применение гетеродина началось лишь с 1970-х годов. Тогда гетеродинами назывались радиоприемники, имеющими в качестве дополнительной детали высокочастотный генератор. Такие приемники при присоединении даже маломощного генератора начинали улавливать слабые сигналы, находящиеся в диапазоне той частоты, на которую приемники были изначально настроены.

В прошлом веке электромагнитные генераторы использовались наиболее активно на сверхдлинных волнах. Это привело к развитию телеграфной связи. Из-за особенностей радиатора радиочастотных колебаний (в частности, различий в частотах гетеродина и генератора) телеграфные сообщения передавались морзянкой.

Со временем гетеродинные приемники дорабатывались, появлялись все новые и новые вариации ранее изобретенного устройства. В итоге многочисленные разработки в сфере радиоприемников стали классифицировать по типу действия. Все они были разделены на три крупные группы:

• Радиоприемники прямого усиления. Эти приборы делятся на приемники с обратной и без обратной связи, на детекторные, регенеративные и так далее. Радиоприемники прямого усиления принимают сигналы АМ, Тлг, ЧМ.

• Гетеродинные приемники. Они поделены на две подгруппы — синхронные и асинхронные. В первом случае это приемники с непосредственным захватом сигнала (принимают сигналы АМ и ЧМ), либо оборудованные системой ФАПЧ, которая в автоматическом режиме подстраивает фазу генератора к фазе опорного сигнала (такие приемники принимают сигналы АМ, ЧМ и ФМ). Во втором случае преемники делятся на двухполосные (для сигналов Тлг и ОБП), однополосные с фазовой селекцией (прием сигналов Тлг, ОБП, АМ и ФМ), а также с квадратурными каналами и детекторами (прием сигналов АМ и ЧМ).

• Супергетеродинные приемники. Такие приборы работают по схеме однократного или многократного преобразования частоты. При однократном преобразовании прибор работает с мультипликативным и телеграфным детекторами, принимая сигналы в спектрах Тлг, ОБП, АМ и ФМ. Для многократного частотного преобразования сигнала приемник работает с синхронным детектором, действующего в спектрах АМ, ЧМ и ФМ.

В настоящее время гетеродин активно используется в обработке сигналов, в частности, в спутниковых конвертерах. В составе этих устройств имеется усилитель передаваемых между Землей и спутниками сигналов, а также преобразователь частоты. Питание конвертеров и управление ими осуществляются через кабели, которыми они крепятся к антеннам и приемному оборудованию.

В наше время термин «гетеродин» относится к супергетеродинным приемникам. Суть работы этого оборудования — в создании цифровой формы сигнала при помощи преобразователя аналого-цифрового формата. Затем оцифрованный сигнал поступает в процессор, где происходит его дальнейшее преобразование в виде демодуляции, фильтрации и так далее.

Эта схема широко используется в спутниковой аппаратуре. Если говорить подробно, то спутниковый конвертер включает в себя гетеродин и малошумящий предусилитель LNA. В задачу конвертера входит изменение сигналов в Ku-диапазоне и С-диапазоне для трансформации в сигнал, имеющий промежуточную частоту L-диапазона. Такое изменение сигнала позволяет передать его дальше по коаксиальным кабелям. Схема позволяет осуществлять передачу сигнала с наименьшими потерями качества, поэтому она востребована в сфере спутниковой телекоммуникации. Для того чтобы принять преобразованный сигнал достаточно установить конвертер на кронштейне антенны, улавливающей передачу со спутников.

Лучше всего спутниковый сигнал принимается гетеродином, имеющим такие технические характеристики, как нормированный фазовый шум. Он также может принимать две части сигналов в диапазоне Ku (нужная часть выбирается путем переключения гетеродинного приемника). Помимо этого, в управляемом режиме происходит вертикальная и горизонтальная поляризация принимаемого сигнала.

В случаях, когда частота гетеродина неизвестна, прием спутникового сигнала будет невозможен. В большинстве случаев частота гетеродинного приемника указывается компаниями, производящими спутниковые конвертеры, непосредственно на корпусе оборудования. На частоту указывают цифры с обозначающей гетеродин аббревиатурой «LO» (в переводе с английского языка «Local Oscillator» — локальный генератор). В спутниковом конвертере частота гетеродина указывается в мегагерцах или гигагерцах.

Если стоит задача приема полного диапазона Ku, то комплектация преобразователя должна включать в себя два гетеродина. Современный рынок спутниковой связи предлагает в большинстве именно конвертеры с подобной комплектацией. Они маркированы словом «Universal» и демонстрируют частоту двух установленных внутри гетеродинов, например, с показателями 9750/10 600 МГц и тоном управления примерно 22 кГц.

Реже можно встретить конвертеры «WideBand» и «FullBand». Они также имеют два гетеродина с частотами 9750/10 750 МГц и напряжением 13/18 В. Еще более редкий конвертер — это «Astra ABCDE». В нем стоит только один гетеродинный передатчик, принимающий сигналы в 9750 МГц.

В случаях, когда на корпусе оборудования частота гетеродина не проставлена, рекомендуем ознакомиться с данными о входных частотах приемного устройства — конвертера. Они напрямую связаны с частотностью гетеродина. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся соотношения входных частот с частотностью гетеродина:

• Если входные частоты конвертера составляют 11,7−12,75, то показатель гетеродина будет 10 750 МГц. Такие показатели чаще всего встречаются в круговых конвертерах диапазона Ku.
• В случае показателя входных частот конвертера в пределах 10,7−11,8, частотность гетеродина составляет 9750 МГц. Подобные цифры применимы для обеспечения работы линейных универсальных конвертеров диапазона Ku.

Отметим, что в конвертерах диапазона C наиболее часто встречаются гетеродины на 5150 МГц.

Сегодня в большинстве случаев в конверторах спутниковой связи используются два вида преобразования. Так, в конверторах Ku-диапазона из прямой частоты сигнала вычитается частота гетеродина, которая по умолчанию меньше, чем прямая частота. В С-диапазоне частота гетеродина выше частоты прямого сигнала, поэтому при преобразовании сигнала прямая частота вычитается из частоты гетеродина.

Тип преобразования в С-диапазоне считается более удобным для создания генератора. Эффект может достигаться на оборудовании, которое будет дешевле, чем аппаратура для преобразования сигналов в Ku-диапазоне.

В целом, перед выбором частоты гетеродина нужно понимать возможности спутниковой системы. А при расчете промежуточной частоты можно оперировать значениями локальных генераторов (Lo) готовых конвертеров. Иными словами, если нужный сигнал находится в пределах пропускной способности фильтра определенного конвертора, то можно использовать этот прибор без перенастройки.

Обратите внимание! Планируя промежуточную частоту, следует учитывать некоторые особенности прохождения сигнала. Промежуточная частота распределяется через кабельную сеть, для которой характерно быстрое затухание сигнала, имеющего высокую частоту. Коэффициент затухания напрямую зависит от частоты: чем она выше, тем быстрее затухает сигнал. Из-за этого важные частоты следует помещать в нижнюю часть промежуточной частоты.

В современных преобразователях для Ku-диапазона и С-диапазона перед выходом на разъем в обязательном порядке стоит усилитель. Это еще одна особенность конструкции конвертеров с гетеродинами, без которых сегодня невозможно представить спутниковую связь.