Kā tas bija: Mikroviļņu konvertoru tehniskā evolūcija
Mikroviļņu konvertors, jeb "galva" (LNB, Low Noise Block) - tā ir iekārta, kas paredzēta satelīta signāla uztveršanai, tā pārveidošanai un pārvadei pa kabeli uz satelītuztvērēju. Mūsdienu Ku diapazona ofseta antenu (ar nobīdītu fokusu) konvertori tehniskajā ziņā nedaudz atšķiras no saviem priekštečiem. Tagad daudzas lietas ir kļuvušas universālākas, un arī LNB nav nekāds izņēmums. Konstruktīvi tas atrodas vienā korpusā - monoblokā kopā ar polarizatoru (divas zondes apaļā viļņvadā - antenas V un H polarizācijām) un apstarotāju, turklāt ir nopērkams ļoti lēti - vien par pāris eiro. Trokšņu koeficients (NF) visiem LNB praktiski ir vienāds, bet reiz viss bija savādāk...
90. gadu sākumā LNB maksāja ap 200$, vai pat vēl vairāk. Jā, es tad cerēju, ka "galvu" cena reiz samazināsies, bet pieredzēt kaut ko tādu, kā tas ir tagad - tas toreiz man nerādījās pat vispārdrošākajos sapņos! Vēl joprojām es ar zināmu piesardzību un bijību raugos uz mikroviļņu konvertora pusi, kā uz pašu nozīmīgāko un vērtīgāko satelītu televīzijas uztveršanas iekārtas daļu. Neviens mani nepārliecinās, ka tas tā nav! 11 GHz ir tāda frekvence, kuras pieminēšana vien daudziem liek uzreiz apklust, jo vispirms ir jāsaprot par ko vispār iet runa.
Ir dzirdēti dažādi stāsti par to, kā cilvēki Latvijā 90. gadu sākumā tika pie satelītantenu "galvām": tikai daži tās uzbūvēja paši, citi pirka ārzemēs vai no jūrniekiem un kāds iemainīja pret kaut ko līdzvērtīgu. Vairums konvertoru tad bija viena, vispopulārākā 10,95 - 11,7 GHz diapazona un tika izmantoti kopā ar ferīta (vai elektromagnētiskajiem) polarizatoriem. Starp LNB izstrādātājiem notika īsta cīņa par trokšņu koeficienta samazināšanu, jo beigās tieši tas visvairāk noteica visas uztverošās sistēmas parametrus. Tehniskajā literatūrā var atrast arī grafikus, kas nosaka paraboliskās antenas diametru atkarībā no trokšņu koeficienta. Kaut arī praksē šī attiecība nav viennozīmīga, visi vienalga saprot, ka trokšņu koeficientam ir pirmšķirīga nozīme. Ja ir pieejams konvertors ar minimālu trokšņu koeficientu, var "ieekonomēt" uz antenas diametra rēķina. Savukārt uzstādīt lielus "satelītšķīvjus" vienmēr ir problemātiski - gan tehniski, gan materiālajā ziņā. Pie mums entuziasti bieži pirka tieši vidēja cenu līmeņa LNB. Jo zemāks bija trokšņu koeficients, jo attiecīgi dārgāka bija "galva", bet to varēja atļauties tikai retais. Diezgan izplatīti tajā laikā bija arī "nakts darbi" satelītu televīzijas jomā - konvertorus no antenām zaga, kā tagad automašīnu spoguļus. LNB cena bija samērā augsta, tos varēja izdevīgi pārdot tālāk. Tāpēc daudzi, kur viegli varēja piekļūt, "galvas" no savām antenām pa nakti montēja nost (arī es) un, tas nebija diez ko patīkami, īpaši, ja televizora skatīšanās ievilkās vēl ilgi pēc pusnakts.
Klasiskā viena diapazona (10.950 - 11,750 GHz) LNB blokshēma ir šāda:
Visa Ku diapazona "galvas" toreiz bija liels retums. Tehniskais uzdevums inženieriem izrādījās grūts: vajadzēja izstrādāt superplatas (2,05 GHz) frekvenču joslas iekārtu, kas bez tradicionālajiem elementiem saturētu arī signāla sadales filtru un ar spriegumu vadāmu komutācijas mezglu heterodiniem. Lielais joslas platums neļāva visu joslu vienlaicīgi konvertēt uz starpfrekvenci. Ku diapazons ir sadalīts trīs apakšdiapazonos - FSS (10,7 - 11,75 GHz), DBS (11,75 - 12,5 GHz) un Telecom (12,5 - 12,75 GHz). Tajā laikā nodrošināt visos trīs Ku diapazonos pieņemamu trokšņu koeficientu (1,3 dB) bez HEMT tranzistoriem bija neiespējams uzdevums, tas pats attiecās arī uz vienmērīgu pastiprinājumu visā joslā (10,7 - 12,75 GHz). Pirmie satelītuztvērēji neatbalstīja pat diapazonu komutāciju ar 13/18 V spriegumu. Sākumā bija tikai dažas firmas, kas izlaida šādus konvertorus, piemēram, UNIDEN un ECHOSTAR. Vēlāk tai pievienojās arī amerikāņu kompānijas - CALIFORNIA AMPLIFIER, GARDINER un CHAPRAL. Pieprasījums tirgū tikai pieauga, jo ģeostacionārajā orbītā tika nogādāti tādi satelīti kā KOPERNIKUS, TV-SAT 1, TDF 1, TELE-X, kas darbojās Ku otrajā un trešajā diapazonos 11,7 - 12,75 GHz. Vēlāk izrādījās, ka arī tas vēl nebija viss - 1994. gadā SES palaida ceturto ASTRA 1D satelītu. Tas no 19.2° A pozīcijas pārraidīja 16 analogās televīzijas programmas 10,7 - 10,95 GHz joslā, ar kuru vecie LNB vairs netika galā, jo pie jau ierastā frekvenču diapazona apakšā nāca klāt vēl +250 MHz. Trīs diapazonu konvertori tā pa īstam kļuva populāri Eiropā 1992 - 1993 gadā. Tos būvēja pēc klasiskās shēmas ar kopēju maztrokšņojošo pastiprinātāju 10,95 - 12,75 GHz joslai, bet sadalīšana apakšdiapazonos notika pēc tam ar joslas filtriem. Katram apakšdiapazonam bija savs jaucējs un heterodins, bet starpfrekvences trakts bija kopējs. CALIFORNIA AMPLIFIER konvertoriem pastiprinājums bija vidēji par 10 dB lielāks, nekā citu firmu ražojumiem, tātad varēja lietot garāku koaksiālo kabeli. Žurnālā TELE-satellit (3-4/89) var atrast UNIDEN konvertoru sērijas Allsat tehniskos parametrus. Cena toreiz nebija nekāda mazā: DM 1000.- (Rietumvācu markas)!
Dažādu Ku diapazonu GARDINER konvertorus Latvijā 1992. gadā sāka izplatīt firma Robotek. Lai saprastu, cik daudzas modifikācijas toreiz bija Ku diapazona konvertoriem, pietiek ieskatīties laikraksta "Satellite News" (Rīga, 1992. gada septembris) firmas Robotek piedāvājumā. Tieši firma GARDINER tolaik izcēlās ar konvertoriem, kuriem bija ļoti mazs trokšņu koeficients. Citiem LNB, ko varēja iegādāties Rīgā, šis parametrs svārstījās no 1 - 1,2 dB un pat vairāk.
Klasiskā viena diapazona (10.950 - 11,750 GHz) LNB blokshēma ir šāda:
1. Maztrokšņojošais pastiprinātājs tika būvēts, izmantojot GaAs lauktranzistorus ar Šotki barjeru. Bija 3 - 4 kaskādes, kas nodrošināja darba frekvenču joslā vienmērīgu (± 1,5 dB) 25 - 30 dB pastiprinājumu ar minimāli iespējamo trokšņu koeficientu. Pirmo kaskādi vienmēr regulēja pēc mazākā trokšņu koeficienta, otro pēc kompromisa apsvērumiem - maksimāls pastiprinājums un minimāls troksnis, bet trešo - pēc maksimālā iespējamā pastiprinājuma, jo tās ienesto troksni ķēdē vairs nejuta. Sākot no 1990. gada savās LNB konstrukcijās firmas aizvien vairāk sāka izmantot HEMT (High Electronic mobility transistor) tranzistorus, kuriem elektronu kustības ātrums bija daudz augstāks nekā parastajiem tranzistoriem. Daudzas firmas lielās partijās uzsāka HEMT tranzistoru ražošanu ar trokšņu koeficientu 0,8 - 1,2 dB frekvenču diapazonā 12 - 18 GHz. Jebkurā klasiskajā LNB maztrokšņojošajā pastiprinātājā parasti var atrast divus HEMT tranzistorus un vienu parasto SAF lauktranzistoru. Pilnīgi viennozīmīgi - konvertora trokšņu koeficientu nosaka pirmais HEMT tranzistors.
2. Joslas vai augšējo frekvenču filtrs kalpoja "spoguļa" kanāla un heterodina parazītisko izstarojumu trokšņu samazināšanai par 30 - 40 dB. Tas darba frekvenču joslā ienesa 2 - 3 dB vājinājumu.
3. Jaucējs pārveidoja (pārnesa) uztverto un pastiprināto SAF signālu uz starpfrekvences joslu, ko noteica tā laika standarts (950 - 1750 MHz). Šim nolūkam bieži izmantoja diožu balansa jaucēju, vēlāk lauktranzistorus ar dubulto aizvaru. Diožu jaucējam parasti zudumi bija 5 - 6 dB, trokšņu koeficients ne mazāks par 3 dB. Jaucēja izejā atradās arī zemo frekvenču filtrs, kas neļāva heterodina signālam nokļūt tālāk starpfrekvences pastiprinātājā, to vājinot vairāk par 30 dB.
4. Heterodinam izmantoja GaAs tranzistoru un stabilizēja frekvenci ar dielektrisko rezonatoru no termiski stabilas keramikas (relatīvā dielektriskā caurlaidība 25 - 80). Izejas jauda: 8 - 15 mW. Svarīgs LNB heterodina parametrs ir fāzes troksnis, kuru parasti centās samazināt zem 70 dB līmeņa pie centrālās frekvences 10 GHz izskaņošanas par 100 kHz. Fāzes troksni nosaka gadījuma rakstura fāzes izmaiņas konvertora heterodina izejā. Pēc izskata dielektrisks rezonators ir krāsaina keramiska materiāla tabletīte. Dielektriskajiem rezonatoriem saite ar apkārtējiem objektiem veidojas pateicoties magnētiskā lauka spēka līnijām, kuras noslēdzas apkārtējā telpā. Pieskaņošanas iespējas ir mehāniskas: mainīt attālumu no celiņa lentas līdz rezonatoram; novietot blakus rezonatoram metāla plāksnīti, kas maina izkliedētā magnētiskā lauka konfigurāciju; ja rezonators ir ievietots metāliskā korpusā, tad var ar skrūvi no virsas tuvināt metāla plāksnīti, kura ar rezonatoru veidos kapacitāti un ļaus mainīt rezonanses frekvenci. Sākumā dielektriskajiem rezonatoriem lietoja titāna dioksīdu (relatīvā dielektriskā caurlaidība 40) un cirkonija dioksīdu (relatīvā dielektriskā caurlaidība 80), kas tad arī noteica heterodina spektra tīrību. Starp citu, no cirkonija dioksīda materiāla taisa arī mākslīgo zobu kroņus.
5. Starpfrekvences pastiprinātājs kalpoja signāla pastiprināšanai līdz tādām līmenim, ko varēja padot pa kabeli uz satelītuztvērēju. Kaut arī starpfrekvences pastiprinātājs praktiski neietekmēja kopējo trokšņu koeficientu, to centās nepalielināt vairāk par 8 dB. Svarīgs parametrs bija izejas stāvviļņa koeficients (salāgošana) - ja izmantoja sliktu un garu kabeli, nekas labs rezultātā neiznāca. Ņemot vērā to, ka konvertora patērētā jauda parasti bija mazāka par 3 W, pa to pašu kabeli uz LNB sprieguma stabilizatoru tika padots arī barošanas spriegums 15 - 24 V.
Klasisko LNB galvenie tehniskie parametri:
- frekvenču diapazoni 10.950 - 11,750 GHz, 11,7 - 12,5 GHz un 12,5 -12,75 GHz;
- trokšņu koeficients ne lielāks par 1,5 dB (1990. gadā labākās NF vērtības bija 0,7 - 0,9 dB);
- pastiprinājuma koeficients 50 - 55 dB;
- heterodina frekvences stabilitāte ± 1 - 2 MHz;
- pārveidošanas zudumi 5 - 8 dB;
- darba temperatūru diapazons no -50 līdz +60° C;
- "spoguļa" kanāla vājinājums 40 dB.
Ja vadāmies pēc LNB vēstures, tad var izdalīt vairākus attīstības, jeb tehniskās evolūcijas posmus - parametriskie pastiprinātāji, iekārtas ar tuneļdiodēm un tranzistoru pastiprinātāji. Mūsdienās visvairāk tiek izmantots trešais tips. Konvertoru lauktranzistori laika gaitā ir kļuvuši gan lētāki, gan ar labākiem tehniskajiem parametriem. Tie, kas jau sen seko līdzi satelītu televīzijas uztveršanas tehnikas attīstībai, droši vien atceras konvertoru parādīšanos 80. gadu beigās ar trokšņu koeficientu 2 - 2,5 dB. Nemaz tik sen tas nebija!
 |
| 80. gadu klasika: 10.95 - 11,7 GHz diapazona LNB ar trokšņu koeficientu 2 - 2,5 dB |
 |
| 12,5 - 12,75 GHz diapazona Hirschmann LNB |
 |
| Japāņu LNB ar NF: 1,5 dB (no Didža Puča kolekcijas) |
Visa Ku diapazona "galvas" toreiz bija liels retums. Tehniskais uzdevums inženieriem izrādījās grūts: vajadzēja izstrādāt superplatas (2,05 GHz) frekvenču joslas iekārtu, kas bez tradicionālajiem elementiem saturētu arī signāla sadales filtru un ar spriegumu vadāmu komutācijas mezglu heterodiniem. Lielais joslas platums neļāva visu joslu vienlaicīgi konvertēt uz starpfrekvenci. Ku diapazons ir sadalīts trīs apakšdiapazonos - FSS (10,7 - 11,75 GHz), DBS (11,75 - 12,5 GHz) un Telecom (12,5 - 12,75 GHz). Tajā laikā nodrošināt visos trīs Ku diapazonos pieņemamu trokšņu koeficientu (1,3 dB) bez HEMT tranzistoriem bija neiespējams uzdevums, tas pats attiecās arī uz vienmērīgu pastiprinājumu visā joslā (10,7 - 12,75 GHz). Pirmie satelītuztvērēji neatbalstīja pat diapazonu komutāciju ar 13/18 V spriegumu. Sākumā bija tikai dažas firmas, kas izlaida šādus konvertorus, piemēram, UNIDEN un ECHOSTAR. Vēlāk tai pievienojās arī amerikāņu kompānijas - CALIFORNIA AMPLIFIER, GARDINER un CHAPRAL. Pieprasījums tirgū tikai pieauga, jo ģeostacionārajā orbītā tika nogādāti tādi satelīti kā KOPERNIKUS, TV-SAT 1, TDF 1, TELE-X, kas darbojās Ku otrajā un trešajā diapazonos 11,7 - 12,75 GHz. Vēlāk izrādījās, ka arī tas vēl nebija viss - 1994. gadā SES palaida ceturto ASTRA 1D satelītu. Tas no 19.2° A pozīcijas pārraidīja 16 analogās televīzijas programmas 10,7 - 10,95 GHz joslā, ar kuru vecie LNB vairs netika galā, jo pie jau ierastā frekvenču diapazona apakšā nāca klāt vēl +250 MHz. Trīs diapazonu konvertori tā pa īstam kļuva populāri Eiropā 1992 - 1993 gadā. Tos būvēja pēc klasiskās shēmas ar kopēju maztrokšņojošo pastiprinātāju 10,95 - 12,75 GHz joslai, bet sadalīšana apakšdiapazonos notika pēc tam ar joslas filtriem. Katram apakšdiapazonam bija savs jaucējs un heterodins, bet starpfrekvences trakts bija kopējs. CALIFORNIA AMPLIFIER konvertoriem pastiprinājums bija vidēji par 10 dB lielāks, nekā citu firmu ražojumiem, tātad varēja lietot garāku koaksiālo kabeli. Žurnālā TELE-satellit (3-4/89) var atrast UNIDEN konvertoru sērijas Allsat tehniskos parametrus. Cena toreiz nebija nekāda mazā: DM 1000.- (Rietumvācu markas)!
Dažādu Ku diapazonu GARDINER konvertorus Latvijā 1992. gadā sāka izplatīt firma Robotek. Lai saprastu, cik daudzas modifikācijas toreiz bija Ku diapazona konvertoriem, pietiek ieskatīties laikraksta "Satellite News" (Rīga, 1992. gada septembris) firmas Robotek piedāvājumā. Tieši firma GARDINER tolaik izcēlās ar konvertoriem, kuriem bija ļoti mazs trokšņu koeficients. Citiem LNB, ko varēja iegādāties Rīgā, šis parametrs svārstījās no 1 - 1,2 dB un pat vairāk.
Lai vienas antenas fokusā varētu novietot divu dažādu Ku diapzona LNB, parasti lietoja speciālu SAF signāla dalītāju kopā ar magnētisko polarizatoru.
Pirmos konvertorus ar iekšējo polarizācijas pārslēdzēju (divām mikroviļņu antenām-zondēm) izgatavoja firma MARCONI 1990 - 1991 gadā. Zondes tika novietotas uz spiestās plates celiņu veidā, un dēļ lielajiem zudumiem dielektriskajā materiālā, trokšņu koeficients šādām "galvām" bija par 0,3 - 0,4 dB augstāks nekā klasiskajiem konvertoriem ar telpiski novietotājām zondēm taisnstūrveida viļņvadā. Maksāja MARCONI konvertori diezgan dārgi. Signāli no satelītiem bijušajā PSRS teritorijā bija vēl samērā vāji, tāpēc pie mums šāda veida konvertori nebija pārāk izplatīti. Vispār pāreja LNB trokšņu koeficientam no 1,0 dB uz leju bija salīdzinoši ilga un sāpīga padarīšana - pagāja vairāki gadi, līdz pārdošanā parādījās tādi konvertori, kādus mēs tos pazīstam tagad. Viena no firmām, kas šo robežu veiksmīgi pārvarēja, bija CAMBRIDGE. Tā uzkonstruēja konvertoru ar V un H polarizācijas zondēm apaļā viļņvadā un izmantoja polarizāciju komutācijai elektronisku 13/18 V sprieguma pārslēdzēju (ar slieksni 15 ±0,2 V). Vecajos LNB ar šo spriegumu pārslēdza heterodinus. Nedaudz vēlāk, lietojot par pamatu to pašu konstrukciju, CAMBRIDGE radīja arī pilna diapazona (Full Band), jeb universālo LNB ar 22 KHz slēdzi Ku apakšdiapazonu komutācijai. Atšķirībā no iepriekšējām konstrukcijām, šajā tika izmantots viens kopējs 10,7 - 12,75 GHz joslas filtrs, pārslēdzās tikai augšējā un apakšējā diapazona heterodini. Firmas CAMBRIDGE inženieru oriģināls tehniskais risinājums (know-how) bija konvertora viļņvadā koaksiālā veidā novietotās V un H polarizāciju zondes. Vairums firmu tās novietoja 90 grādu leņķī vienu pret otru. Diemžēl tādā variantā zondes nedaudz aizsedza viena otru, un trokšņu koeficients abām polarizācijām neiznāca vienāds. Ieejas tranzistori CAMBRIDGE LNB V un H polarizācijām strādāja ar kopēju salāgošanas ķēdi, ko nevar teikt par citu firmu izstrādājumiem. Tāpat CAMBRIDGE savos konvertoros izmantoja starpfrekvences pastiprinātāju - mikroshēmu. Vienas šādas augstfrekvences mikroshēmas pastiprinājums bija tāds pats kā diviem atsevišķiem tranzistoriem, kas ļāva samazināt kopējo elementu skaitu. Vēlāk firma LASAT atrada vēl vienu oriģinālu risinājumu: tranzistors, kas vienlaicīgi strādāja gan kā heterodins, gan kā signāla jaucējs. Rezultātā būtiski samazinājās LNB konstrukciju izmēri. Tirgū uzradās daudzas jaunas firmas, kas ar konvertoru ražošanu nodarbojās Taivānā. Tieši tad LNB strauji kļuva lētāki, jo pieauga produkcijas apjoms un konkurence. Vēl analogās satelītu televīzijas ēras izskaņā, 1996. gadā kompānija OXFORD izstrādāja konvertoru ar SAF mikroshēmu, kas vienā mezglā apvainoja abus heterodinus, jaucēju un starpfrekvences pastiprinātāju. OXFORD pirmā masveidā sāka ražot arī toroidālos dielektriskos rezonatorus.
Savu pirmo rūpnieciski izgatavotu konvertoru es nopirku 1992. gadā strādājot RRR SIA Metrologs. LNB no Krievijas, šķiet Sanktpēterburgas (Ļeņingradas) atveda viens no mūsu radiodetaļu sagādniekiem un pārdeva man par 4000 vai 6000 (īsti vairs neatceros) Latvijas rubļiem (LVR), kurus izlaida Latvijas Republikas Naudas reformas komiteja 1992. gada 4. maijā. 1 lats = 200 Latvijas rubļu (pie Latvijas rubļiem es vēl atgriezīšos, kad stāstīšu par mūsu satelītuztvērējiem). Turklāt tā bija tikai daļēja samaksa, jo viņam es atdevu arī savu paštaisīto satelītu televīzijas uztvērēju un vienu no divām paraboliskajām antenām - "bērnu ragaviņas". Konvertors man ir saglabājusies - droši vien joprojām darbojās, korpuss ir hermētisks, un ārā to jaucis es neesmu. Izeja gan nebija savietojama ar F konektoru un man nācās taisīt speciālu pāreju. Tehniskās pases nav, bet es pieņemu, ka trokšņu koeficients tai varētu būt 2,2 dB. Šāds lielums parādās arī publikācijās žurnālā «Радио», kur ir pieminētas Krievijā ražotās "galvas". Ar padomju detaļām neko diži labāku uzbūvēt nevarēja. Turklāt es savu "galvu" reiz salīdzināju pēc attēla kvalitātes ar japāņu LNB (NF: 0,9 dB). Piemēram, žurnālā «Радио» publikācijās tiek rakstīts par "mistiskām" PSRS teritorijā ražotām 10,95 - 11,7 GHz diapazona "galvām" ar trokšņu koeficientu 2 - 4 dB un tranzistoriem АП325A-2, АП-326A-2. Attēlā tāds konvertors ir apzīmēts ar skaitli 2. Ar 1 ir iezīmēts satelītu televīzijas sistēmas "Москва" 4 GHz diapazona konvertors, bet ar 3 - firmas Echostar ražots LNB.
Maskavā 1991. gadā ražotajam satelītu televīzijas kompleksam Кросна-1 līdzi nāca LNC ar NF: 1,2. Nedomāju, ka tas bija "padomju tehnoloģiju" meistardarbs, kaut gan "galvas" gaiši zilā krāsa un dizains izskatās briesmīgi, vārdu sakot - atbilst tradīcijām. Visi uzraksti gan ir angļu valodā, kas PSRS un Krievijai ir diezgan netipiski - vajadzēja būt nosaukumam: Електроника, bet ir 04CR80. Es domāju, ka tas ir imports no Rietumiem, vai arī maztrokšņojošā pastiprinātāja ieejā ir ielodēts japāņu GaAs lauktranzistors. Ja kādam ir tāds konvertors, tad izjauciet, paskatieties, kas "lācītim ir vēderā" un rakstiet LEGACY SAT!
Tālāk vairākas fotogrāfijas ar manu 1992. gadā Krievijā ražoto 10,95 - 11,7 GHz konvertoru. Internetā par šo LNB es informāciju atrast nevarēju - tā it kā tas nebūtu bijis vispār...
Pašlaik ražotājfirmas piedāvā savus konvertorus pat ar trokšņu koeficientu 0,1 dB, kas vispār ir tuvu teorētiski iespējamajai robežai (padomju laikos parasti teica: Техника на грани фантастики). Lieta tāda, ka ar šo parametru tiek manipulēts - reālām "galvām" (ņemot vērā to lētumu) tas nemaz netiek mērīts, runa iet par atsevišķiem eksemplāriem no sērijas, un arī ne visu plašo Ku diapazonu, bet tikai atsevišķām frekvences vērtībām. Reālajā dzīvē droši var ņemt "galvu" ar NF: 0,2 - 0,3 dB. Arī lielāks LNB trokšņu koeficients, piemēram, 0,6 dB nav nekas kritisks - ciparu pārraižu sekmīgai uztveršanai daudz svarīgāks parametrs ir heterodina fāzes troksnis. Pāreja no analogās uz ciparu televīziju nebija vienkārša. Kad 1995. gadā Eiropā palaida ciparu televīziju MPEG-2, daudzus LNB tieši dēļ lielajiem heterodinu fāzes trokšņiem nācās nomainīt. Faktiski tas bija kā konvertoru eksāmens - kāds no tiem turpināja strādāt ar ciparu signālu, bet cits vairs nē. Dēļ HD un UHD pārraidēm, tagad šī lieta ir kļuvusi vēl nopietnāka. Ja heterodina fāzes troksnis LNB būs pārāk liels, bildi neizdosies dabūt pat ar lielāku "šķīvi"! Starp citu, ar DVB-S fāzes modulāciju QPSK kādreiz ļoti slikti strādāja arī ferīta polarizatori, nemaz nerunājot par DVB-S2 izmantoto APSK.
Dielektriskie rezonatori tikai pēdējo 20 gadu laikā ir ienākuši mikroviļņu elektronikā. Vispār kā tādi tie bija pazīstami jau kopš 1939. gada, bet problēma bija dielektriskajos materiālos. Dielektriskie rezonatori ir jāveido no materiāla ar augstu dielektrisko caurlaidību, lai laukam rezonatorā veidotos uz divu vidu (dielektriķis-gaiss) robežas pilnās iekšējās atstarošanās nosacījumi. Līdz pat 1980. gadam praktiski nebija materiāli, kuri bez augstas dielektriskās caurlaidības izpildītu arī otru prasību - pietiekamu temperatūras stabilitāti. Pašlaik tādi materiāli ar augstu dielektrisko caurlaidību un vāju tās temperatūras atkarību ir radīti. Mūsdienu LNB heterodinu dielektriskie rezonatori, kas ir izgatavoti no kvalitatīva kalcija titanāta (CaTiO3) vai lantāna alumināta keramikas, ļauj iegūt daudz tīrāku heterodina signāla spektru. Ar šādu materiālu rezonatoriem izdodas centimetru viļņu diapazonā sasniegta pat labumu 10000. Konstruējot konvertorus ar zemu fāzes troksni, tas ir ļoti svarīgi, jo dod heterodina stabilitāti līdz 700 kHz, atsevišķos gadījumos CALFORNIA AMPLIFIER un SWEDICH MICROWAVE (SMW) konvertoriem šis parametrs ir 20 - 30 kHz. Lai labi uztvertu ciparu signālus no satelītiem, rekomendējoši parametri LNB heterodiniem ir ne sliktāki par sekojošiem: -50dB@1KHz, -75 dB@10kHz un -95dB@100kHz. Šie skaitļi raksturo heterodina izejas jaudas samazināšanos pie noteiktas atkāpes no centrālās frekvences. Tā, piemēram, -95dB@100kHz nozīmē, ka pie atkāpes par 100 KHz no centrālās frekvences, heterodina signāla jauda samazinās par 95 dB.
Līdzīga veida signāla dalītāju: desektoru (pāreju-polarizatoru) kabeļtelevīzijas vajadzībām piedāvāja vācu firma KATHREIN, kas ļāva ar diviem 10,95 - 11,7 GHz LNB vienlaicīgi uztvert abu polarizāciju (V un H) signālus.
Pirmos konvertorus ar iekšējo polarizācijas pārslēdzēju (divām mikroviļņu antenām-zondēm) izgatavoja firma MARCONI 1990 - 1991 gadā. Zondes tika novietotas uz spiestās plates celiņu veidā, un dēļ lielajiem zudumiem dielektriskajā materiālā, trokšņu koeficients šādām "galvām" bija par 0,3 - 0,4 dB augstāks nekā klasiskajiem konvertoriem ar telpiski novietotājām zondēm taisnstūrveida viļņvadā. Maksāja MARCONI konvertori diezgan dārgi. Signāli no satelītiem bijušajā PSRS teritorijā bija vēl samērā vāji, tāpēc pie mums šāda veida konvertori nebija pārāk izplatīti. Vispār pāreja LNB trokšņu koeficientam no 1,0 dB uz leju bija salīdzinoši ilga un sāpīga padarīšana - pagāja vairāki gadi, līdz pārdošanā parādījās tādi konvertori, kādus mēs tos pazīstam tagad. Viena no firmām, kas šo robežu veiksmīgi pārvarēja, bija CAMBRIDGE. Tā uzkonstruēja konvertoru ar V un H polarizācijas zondēm apaļā viļņvadā un izmantoja polarizāciju komutācijai elektronisku 13/18 V sprieguma pārslēdzēju (ar slieksni 15 ±0,2 V). Vecajos LNB ar šo spriegumu pārslēdza heterodinus. Nedaudz vēlāk, lietojot par pamatu to pašu konstrukciju, CAMBRIDGE radīja arī pilna diapazona (Full Band), jeb universālo LNB ar 22 KHz slēdzi Ku apakšdiapazonu komutācijai. Atšķirībā no iepriekšējām konstrukcijām, šajā tika izmantots viens kopējs 10,7 - 12,75 GHz joslas filtrs, pārslēdzās tikai augšējā un apakšējā diapazona heterodini. Firmas CAMBRIDGE inženieru oriģināls tehniskais risinājums (know-how) bija konvertora viļņvadā koaksiālā veidā novietotās V un H polarizāciju zondes. Vairums firmu tās novietoja 90 grādu leņķī vienu pret otru. Diemžēl tādā variantā zondes nedaudz aizsedza viena otru, un trokšņu koeficients abām polarizācijām neiznāca vienāds. Ieejas tranzistori CAMBRIDGE LNB V un H polarizācijām strādāja ar kopēju salāgošanas ķēdi, ko nevar teikt par citu firmu izstrādājumiem. Tāpat CAMBRIDGE savos konvertoros izmantoja starpfrekvences pastiprinātāju - mikroshēmu. Vienas šādas augstfrekvences mikroshēmas pastiprinājums bija tāds pats kā diviem atsevišķiem tranzistoriem, kas ļāva samazināt kopējo elementu skaitu. Vēlāk firma LASAT atrada vēl vienu oriģinālu risinājumu: tranzistors, kas vienlaicīgi strādāja gan kā heterodins, gan kā signāla jaucējs. Rezultātā būtiski samazinājās LNB konstrukciju izmēri. Tirgū uzradās daudzas jaunas firmas, kas ar konvertoru ražošanu nodarbojās Taivānā. Tieši tad LNB strauji kļuva lētāki, jo pieauga produkcijas apjoms un konkurence. Vēl analogās satelītu televīzijas ēras izskaņā, 1996. gadā kompānija OXFORD izstrādāja konvertoru ar SAF mikroshēmu, kas vienā mezglā apvainoja abus heterodinus, jaucēju un starpfrekvences pastiprinātāju. OXFORD pirmā masveidā sāka ražot arī toroidālos dielektriskos rezonatorus.
 |
| Cambridge Industries universālais LNB ar NF: 0,7 dB (no Didža Puča kolekcijas) |
Savu pirmo rūpnieciski izgatavotu konvertoru es nopirku 1992. gadā strādājot RRR SIA Metrologs. LNB no Krievijas, šķiet Sanktpēterburgas (Ļeņingradas) atveda viens no mūsu radiodetaļu sagādniekiem un pārdeva man par 4000 vai 6000 (īsti vairs neatceros) Latvijas rubļiem (LVR), kurus izlaida Latvijas Republikas Naudas reformas komiteja 1992. gada 4. maijā. 1 lats = 200 Latvijas rubļu (pie Latvijas rubļiem es vēl atgriezīšos, kad stāstīšu par mūsu satelītuztvērējiem). Turklāt tā bija tikai daļēja samaksa, jo viņam es atdevu arī savu paštaisīto satelītu televīzijas uztvērēju un vienu no divām paraboliskajām antenām - "bērnu ragaviņas". Konvertors man ir saglabājusies - droši vien joprojām darbojās, korpuss ir hermētisks, un ārā to jaucis es neesmu. Izeja gan nebija savietojama ar F konektoru un man nācās taisīt speciālu pāreju. Tehniskās pases nav, bet es pieņemu, ka trokšņu koeficients tai varētu būt 2,2 dB. Šāds lielums parādās arī publikācijās žurnālā «Радио», kur ir pieminētas Krievijā ražotās "galvas". Ar padomju detaļām neko diži labāku uzbūvēt nevarēja. Turklāt es savu "galvu" reiz salīdzināju pēc attēla kvalitātes ar japāņu LNB (NF: 0,9 dB). Piemēram, žurnālā «Радио» publikācijās tiek rakstīts par "mistiskām" PSRS teritorijā ražotām 10,95 - 11,7 GHz diapazona "galvām" ar trokšņu koeficientu 2 - 4 dB un tranzistoriem АП325A-2, АП-326A-2. Attēlā tāds konvertors ir apzīmēts ar skaitli 2. Ar 1 ir iezīmēts satelītu televīzijas sistēmas "Москва" 4 GHz diapazona konvertors, bet ar 3 - firmas Echostar ražots LNB.
Maskavā 1991. gadā ražotajam satelītu televīzijas kompleksam Кросна-1 līdzi nāca LNC ar NF: 1,2. Nedomāju, ka tas bija "padomju tehnoloģiju" meistardarbs, kaut gan "galvas" gaiši zilā krāsa un dizains izskatās briesmīgi, vārdu sakot - atbilst tradīcijām. Visi uzraksti gan ir angļu valodā, kas PSRS un Krievijai ir diezgan netipiski - vajadzēja būt nosaukumam: Електроника, bet ir 04CR80. Es domāju, ka tas ir imports no Rietumiem, vai arī maztrokšņojošā pastiprinātāja ieejā ir ielodēts japāņu GaAs lauktranzistors. Ja kādam ir tāds konvertors, tad izjauciet, paskatieties, kas "lācītim ir vēderā" un rakstiet LEGACY SAT!
Uz 1990. gada februāra žurnāla «Радио» vāka ir attēlota 11 GHz diapazona paraboliskā antena ar mikroviļņu konvertoru un uztvērēju, kas zinātniski pētnieciskajā ražošanas apvienībā Радио ir sagatavoti masveida (it kā) ražošanai Vitebskas (Baltkrievija) televizoru rūpnīcā. Pamatoti rodas jautājums - kāpēc? Lai PSRS teritorijā skatītos ārzemju televīzijas pārraides? Būtībā Krievijā "jauna ēra" satelītu televīzijas uztveršanas jomā iestājās tikai 1995. gadā. Pirmā to atklāja viņu kompānija "НТВ Плюс". Kaut gan ar saīsinājumu "НТВ" apzīmē tiešo televīzijas apraidi, tomēr pati abreviatūra "НТВ Плюс", kā apgalvo šī kanāla pirmais direktors Igors Malašenko, vispār neko nenozīmē. Tāpēc iznāk, ka "НТВ Плюс", kas nekādi neatšifrējas, pirmie Krievijā uzsāka tiešo televīzijas apraidi, kura saīsināti saucas "НТВ" (непосредственнoe телевизионнoe вещание)! Par tiešo uztveršanu sauc televīzijas signāla uztveršanu no pavadoņa ar individuālu uztveršanas antenu, kas ir uzstādīta pie gala lietotāja - abonents uztver signālu no pavadoņa bez virszemes televīzijas retranslatora izmantošanas. 1994. gada janvārī un 1995. gada novembrī ģeostacionārajā orbītas pozīcijā 36° A tika nogādāti satelīti Галс-1 un Галс-2. Satelītu raidītāju jauda attiecīgi bija 85 un 45 W. Pirms tam par masveida, tiešo satelītu televīzijas apraidi Krievijā nevarēja būt ne runas! Pirms 1994. gada viņiem nebija izveidota sava tiešā televīzijas apraides sistēma, ko vēl PSRS laikā,1979. gadā nodēvēja par СТВ-12 (frekvenču josla 11,7 -12,75 GHz). Tāpēc līdz "НТВ Плюс" analogo, kodēto programmu pārraižu uzsākšanai, cilvēki no satelītiem tur pārsvarā skatījās ārzemju raidījumus. Sistēma "Москва" 4 GHz diapazonā tad nebija diez ko populāra, tai vajadzēja lielu "šķīvi" - katrā ziņā nosaukt to par masveida parādību arī nevar.
Tālāk vairākas fotogrāfijas ar manu 1992. gadā Krievijā ražoto 10,95 - 11,7 GHz konvertoru. Internetā par šo LNB es informāciju atrast nevarēju - tā it kā tas nebūtu bijis vispār...
Pašlaik ražotājfirmas piedāvā savus konvertorus pat ar trokšņu koeficientu 0,1 dB, kas vispār ir tuvu teorētiski iespējamajai robežai (padomju laikos parasti teica: Техника на грани фантастики). Lieta tāda, ka ar šo parametru tiek manipulēts - reālām "galvām" (ņemot vērā to lētumu) tas nemaz netiek mērīts, runa iet par atsevišķiem eksemplāriem no sērijas, un arī ne visu plašo Ku diapazonu, bet tikai atsevišķām frekvences vērtībām. Reālajā dzīvē droši var ņemt "galvu" ar NF: 0,2 - 0,3 dB. Arī lielāks LNB trokšņu koeficients, piemēram, 0,6 dB nav nekas kritisks - ciparu pārraižu sekmīgai uztveršanai daudz svarīgāks parametrs ir heterodina fāzes troksnis. Pāreja no analogās uz ciparu televīziju nebija vienkārša. Kad 1995. gadā Eiropā palaida ciparu televīziju MPEG-2, daudzus LNB tieši dēļ lielajiem heterodinu fāzes trokšņiem nācās nomainīt. Faktiski tas bija kā konvertoru eksāmens - kāds no tiem turpināja strādāt ar ciparu signālu, bet cits vairs nē. Dēļ HD un UHD pārraidēm, tagad šī lieta ir kļuvusi vēl nopietnāka. Ja heterodina fāzes troksnis LNB būs pārāk liels, bildi neizdosies dabūt pat ar lielāku "šķīvi"! Starp citu, ar DVB-S fāzes modulāciju QPSK kādreiz ļoti slikti strādāja arī ferīta polarizatori, nemaz nerunājot par DVB-S2 izmantoto APSK.
Dielektriskie rezonatori tikai pēdējo 20 gadu laikā ir ienākuši mikroviļņu elektronikā. Vispār kā tādi tie bija pazīstami jau kopš 1939. gada, bet problēma bija dielektriskajos materiālos. Dielektriskie rezonatori ir jāveido no materiāla ar augstu dielektrisko caurlaidību, lai laukam rezonatorā veidotos uz divu vidu (dielektriķis-gaiss) robežas pilnās iekšējās atstarošanās nosacījumi. Līdz pat 1980. gadam praktiski nebija materiāli, kuri bez augstas dielektriskās caurlaidības izpildītu arī otru prasību - pietiekamu temperatūras stabilitāti. Pašlaik tādi materiāli ar augstu dielektrisko caurlaidību un vāju tās temperatūras atkarību ir radīti. Mūsdienu LNB heterodinu dielektriskie rezonatori, kas ir izgatavoti no kvalitatīva kalcija titanāta (CaTiO3) vai lantāna alumināta keramikas, ļauj iegūt daudz tīrāku heterodina signāla spektru. Ar šādu materiālu rezonatoriem izdodas centimetru viļņu diapazonā sasniegta pat labumu 10000. Konstruējot konvertorus ar zemu fāzes troksni, tas ir ļoti svarīgi, jo dod heterodina stabilitāti līdz 700 kHz, atsevišķos gadījumos CALFORNIA AMPLIFIER un SWEDICH MICROWAVE (SMW) konvertoriem šis parametrs ir 20 - 30 kHz. Lai labi uztvertu ciparu signālus no satelītiem, rekomendējoši parametri LNB heterodiniem ir ne sliktāki par sekojošiem: -50dB@1KHz, -75 dB@10kHz un -95dB@100kHz. Šie skaitļi raksturo heterodina izejas jaudas samazināšanos pie noteiktas atkāpes no centrālās frekvences. Tā, piemēram, -95dB@100kHz nozīmē, ka pie atkāpes par 100 KHz no centrālās frekvences, heterodina signāla jauda samazinās par 95 dB.
Komentāri
Ierakstīt komentāru