Przetwarzanie obrazów na sygnały elektryczne

Zasada działania przyrządów telewizyjnych opiera się na możliwości rozłożenia obrazu czarno-białego na pewną liczbę fragmentów obrazu, gdzie każdy na swojej elementarnej powierzchni posiada taką samą jaskrawość, chociaż ogólna jaskrawość obrazu jest w stanie zmieniać się od czerni do bieli. Przy dostatecznie niewielkiej powierzchni elementów nasze oko nie dostrzega niejednorodności ich budowy, elementy zlewają się oraz oglądany obraz stanowi całkowitą całość. Wrażenie ruchu przekazywanych obrazów elementów oraz ludzi uzyskuje się przez nadawanie następnych, pojedynczych obrazów szybko pojawiających się po sobie, tak samo jak to jest w filmie. Stosuje się zatem bezwładność naszego oka, które polega na zachowaniu jeszcze przez jakiś czas oglądanego obrazu.

Nadawanie obrazu zachodzi przy pomocy przetworzenia wszelkich fragmentów obrazu w konkretnej kolejności w sygnały elektryczne, które wysyła się dalej przy pomocy fal elektromagnetycznych do telewizorów. W odbiorniku odbiera się sygnał co powoduje zmianę jaskrawości plamki świetlnej na ekranie kineskopu. Plama ta, jako fragment odbieranego obrazu, przemieszcza się po powierzchni ekranu kineskopu tak samo, w jaki były wybierane (nadawane) fragmenty obrazu.

Do przetworzenia obrazu świetlnego na szereg impulsów elektrycznych, które stanowią sygnał wizji, wykorzystuje się przetwornik elektronowo-optyczny, nazywany lampą analizującą. Konkretne fragmenty obrazu są wybierane oraz przetwarzane na impulsy elektryczne w zdefiniowanej, konkretnej kolejności. Badanie obrazu dokonuje się poprzez wybór jego fragmentów, zaczynając z lewego górnego rogu obrazu wzdłuż linii poziomej. Po wybraniu 1 linii zaczyna się wybór fragmentów linii kolejnej, ponownie zaczynając od lewej strony. Gdy dojdziemy do dolnej krawędzi badanie obrazu rozpoczyna się od początku. Do wyboru fragmentów obrazu stosuje się strumień elektronów, który jest odchylany poziomo oraz pionowo. Badany obraz podzielić można na 405-819 linii, zależnie od tzw. standardu telewizyjnego. W naszym kraju przyjęty jest standard o 625 liniach. W czasie 1 s na sygnał wizji przetworzonych zostaje dwadzieścia pięć obrazów.

Metoda wyboru fragmentów obrazu zwie się kolejnoliniowym; posiada on taki minus, iż powoduje w czasie odbioru migotanie obrazu. By wyeliminować migotania wykorzystuje się inną metodę wyboru - międzyliniowa, gdzie wszystkie obrazy zostają rozłożone na 2 pola. Z 1 pola wybiera się fragmenty jedynie wzdłuż linii nieparzystych, z 2 - jedynie wzdłuż linii parzystych. Podczas odbioru 1 pełnego obrazu przy wyborze międzyliniowym ekran jest oświetlony dwa razy liniami parzystymi oraz nieparzystymi. Jako, że czas wyboru 1 obrazu równy jest 1/25 sekundy, zatem czas wyboru 1 pola równy jest 1/50 sekundy.

Podczas ruchów powrotnych poziomych z prawa na lewo oraz pionowych z dołu do góry strumień elektronów zostaje wygaszony oraz nie dochodzi do wyboru fragmentów obrazu.

Po przetworzeniu obrazu na sygnał elektryczny uzyskuje się sygnał wizji, którego parametry są zależne od jaskrawości elementarnych powierzchni, ułożonych wzdłuż konkretnych linii obrazu. Odpowiednio do zmian jaskrawości tych powierzchni ulega zmianie wartość amplitudy sygnału wizji. Widmo częstotliwości, zajmowane przez sygnał wizji, znajduje się w zakresie od dwudziestu pięciu Hz (nadawanie na zmianę obrazów białych oraz czarnych) do prawie 6,5 MHz (nadawanie mozaiki czarno-białej która złożona jest z elementarnych powierzchni kwadratów o bokach równych szerokości 1 linii).

By oznaczyć w sygnale wizji ułożenia fragmentów obrazu zostają razem z nim nadane impulsy synchronizujące, po każdej linii - impuls synchronizacji poziomej oraz po nadaniu każdego pola - impuls synchronizacji pionowej. Są one nadawane podczas ruchu powrotnego strumienia wybierającego. Sygnał składa się z impulsów, które odpowiadają jaskrawości konkretnych fragmentów obrazu oraz impulsów synchronizujących, zwanych zespolonym sygnałem wizji.

Odbiór wizji

Telewizory są z zasady odbiornikami superheterodynowymi oraz są one przystosowane na ogół do odbioru wielu kanałów (do dwunastu). Dostrajanie zachodzi jedynie przez zmianę częstotliwości heterodyny.

Występują 2 systemy odbioru fonii:

1) system z wydzielonym po mieszaczu torem fonii (który już się bardzo rzadko wykorzystuje),

2) system z tzw. odbiorem różnicowym.

Odbiór różnicowy opiera się na zmieszaniu częstotliwości nośnych wizji oraz fonii i na wzmocnieniu ich we wzmacniaczu pośredniej częstotliwości różnicowej.

Po detekcji uzyskuje się zespolony sygnał wizji i sygnał o częstotliwości która jest równa różnicy częstotliwości sygnałów fal nośnych wizji oraz fonii, gdzie jest zmodulowany częstotliwościowo, tak jak sygnał fali nośnej fonii. Obydwa te sygnały wzmacnia się we wzmacniaczu fonii, po czym zespolony sygnał wizji doprowadzony jest do kineskopu, gdzie steruje jaskrawością plamek na ekranie, natomiast sygnał różniczkowy - do układu detekcji, a następnie do głośnika. Zespolony sygnał wizji doprowadza się także do układu synchronizacji, którego zadanie opiera się na zapewnieniu dokładnego ułożenia plam na powierzchni ekranu.

Większa część podzespołów oraz układów elektronicznych telewizorów spełnia takie same zadania jak w odbiornikach radiofonicznych. Na specyfikę pracy tych układów ma wpływ tylko szersze pasmo przenoszonych częstotliwości (prawie osiem MHz) i większy zakres częstotliwości (większy niż czterdzieści MHz). Z tego też względu szerzej będziemy omawiać układy wykorzystywane wyłącznie w telewizorach.

Do zasilania kineskopu o magnetycznym skupieniu oraz odchylaniu strumienia konieczne są takie o to prądy oraz napięcia:

1) do żarzenia grzejnika katody,

2) ogromne napięcie do zasilania cewki anody,

3) prąd stały do zasilania cewki skupiającej,

4) napięcia o przebiegu piłokształtnym do zasilania cewek odchylających,

5) napięcie wyjściowe ze wzmacniacza wizji,

6) napięcie stałe do regulacji jaskrawości obrazu.

Sygnał zmodulowany wizją jest wzmocniony we wzmacniaczu pośredniej częstotliwości oraz doprowadzony do detektora wizji, który jest taki sam jak detektor radiowy, ale bardzo często zamiast diody lampowej wykorzystuje się diodę półprzewodnikową. Wyprostowane napięcie, pojawiające się na oporze obciążenia R, złożone jest ze składowej stałej, składowej zmiennej o częstotliwości wizji i składowych pośredniej częstotliwości. Do sterowania jaskrawości plamki kineskopu konieczna jest składowa stała i składowa zmienna o częstotliwości wizji, zatem zespolony sygnał wizji. W związku z tym na wyjściu detektora wykorzystuje się filtr, który tłumi składowe większych częstotliwości, wyprodukowany z cewek indukcyjnych oraz pojemności rozproszenia.

Napięcie zespolonego sygnału wizji, uzyskane na wyjściu detektora, nie wystarcza niestety do sterowania jaskrawością plamek, dlatego wzmacnia się je we wzmacniaczu wizji. Wzmocnienie sygnału wizji realizowane jest w szerokopasmowym wzmacniaczu prądu stałego (wzmacnia się równocześnie składową stałą oraz zmienną), którego wejście złączone jest galwanicznie z wyjściem detektora. Wykorzystywane jest również wzmacnianie we wzmacniaczu tylko składowej zmiennej, natomiast za wzmacniaczem przywraca się składową stałą przy pomocy detekcji diodowej.

Do rozszerzenia pasma częstotliwości wzmacnianych sygnałów wykorzystuje się układy korekcyjne, które są włączone w obwód anodowy wzmacniacza. Są to bardzo często cewki indukcyjne, które z pojemnościami rozproszenia tworzą obwody rezonansowe dla znacznych częstotliwości.

Zachowanie współbieżności ruchów strumieni wybierających w ikonoskopie oraz kineskopie jest głównym procesem telewizyjnym, który umożliwia doskonałe odtworzenie obrazu na ekranie telewizora. W tym celu raz z sygnałem wizji wysyłane są impulsy synchronizacji, które sprawiają, iż generatory poziomego oraz pionowego odchylania strumienia produkują w odbiorniku napięcia albo prądy odchylające o identycznej częstotliwości, jak w nadajniku i zapewniają jednoczesność rozpoczęcia oraz zakończenia takich przebiegów.

Jako, że impulsy synchronizacji mieszczą się w granicach 75-100% wartości całkowitego zespolonego sygnału wizji, da się je zatem wydzielić przez obcięcie sygnału o wartości mniejszej niż 75% w separatorze impulsów synchronizujących.

Bardzo często wykorzystuje się separatory w układzie detekcji siatkowej albo anodowej.

Na wyjściu separatora uzyskuje się jedynie impulsy synchronizacji pionowej oraz poziomej o takiej samej amplitudzie. Impulsy te rozdziela się przy pomocy układu różniczkującego na impulsy synchronizacji poziomej, natomiast przy pomocy układu całkującego - na impulsy synchronizacji pionowej. Rozdzielone impulsy synchronizujące stosuje się do wyzwalania generatorów odchylania pionowego oraz poziomego.

Kineskop potrzebuje 2 układów odchylania: poziomego (częstotliwość 15625Hz) oraz pionowego (częstotliwość pięćdziesiąt Hz). Bardzo ważnym fragmentem tych układów są: generator odchylania, wzmacniacz odchylania oraz cewki odchylające.

Generator odchylania produkuje napięcie o przebiegu piłokształtnym. Działa on na zasadzie ładowania kondensatora stałym prądem oraz kolejnego gwałtownego rozładowania tego kondensatora przy pomocy obwodów rozładowujących. W telewizorach jako obwody rozładowujące wykorzystuje się multiwibratory albo generatory samodławne. Cechą częstotliwość generatora odchylania ustalają impulsy synchronizujące.

W kineskopie o odchylaniu elektrycznym wyprodukowane w generatorach odchylania poziomego oraz pionowego napięcia piłokształtne po wzmocnieniu we wzmacniaczach odchylania poziomego oraz pionowego są doprowadzane kolejno do płytek odchylania poziomego oraz pionowego.

W kineskopie o odchylaniu magnetycznym właściwe odchylanie strumienia otrzymuje się przy przepływie przez uzwojenie

cewek odchylających prądu o przebiegu piłokształtnym. Jako, że 1 cewka odchylająca posiada opór rzeczywisty, zatem przykładane napięcie powinno posiadać przebieg trochę inny. Napięcie to powinno pojawiać się na wyjściu wzmacniacza odchylania, więc napięcie o takim kształcie powinno być doprowadzone do jego wejścia. Konieczny kształt napięcia podawanego na siatkę sterującą wzmacniacza odchylania otrzymuje się z przebiegu piłokształtnego poprzez konkretne ukształtowanie go przy pomocy układu RC.

Cewki które odchylają są w istocie obwodami rezonansowymi które złożone są z indukcyjności, pojemności własnych oraz oporu. Wszystkie zmiany kierunku przepływającego przez nie prądu doprowadza do drgań własnych, które nie tłumione są w stanie spowodować pogorszenie jakości obrazu (nie taka sama szybkość przemieszczania się strumienia elektronów). Stłumienia tych drgań własnych przy odchylaniu pionowym dokonuje się przez złączenie równoległe do cewek odchylających obwodu który będzie złożony z szeregowego połączenia oporu oraz pojemności. Przy odchylaniu poziomym obwód tłumiący RC włącza się na początku ruchu roboczego strumienia przy pomocy diody. Po naładowaniu się kondensatora dioda zatyka się oraz układ odłącza się, aż do początku kolejnego ruchu roboczego; przez ten czas kondensator może się rozładować się przez opór.

Podczas powrotu strumienia elektronów indukuje się w cewkach odchylania poziomego (gwałtowna zmiana prądu) ogromne napięcie, które zwiększa się jeszcze w autotransformatorze. Napięcie to po wyprostowaniu posiada wartość kilkudziesięciu kilowoltów oraz jest wykorzystywane do zasilania anody kineskopu.

Telewizja kolorowa

W większej części systemów telewizji kolorowej obraz kolorowy rozłożony jest na 3 główne kolory: czerwony, zielony oraz niebieski, a później zamieniają się światła tych kolorów w konkretne sygnały elektryczne oraz przesyłane są one do telewizorów. W odbiornikach odbywa się zamiana tych sygnałów jeszcze raz w kolory główne oraz złożenie tych kolorów w 1 obraz kolorowy.

W telewizorach kolorowych odbywa się proces całkiem przeciwny niż ten który zachodził w nadajniku. Mianowicie przy pomocy konkretnych demodulatorów z sygnału odebranego wydzielony zostaje z powrotem sygnał obrazowy, odpowiadający kolorowi niebieskiemu, zielonemu oraz czerwonemu.

Występuje aktualnie szereg przeróżnych rozwiązań przyrządów telewizji kolorowej. 1 z nich jest system telewizji kolorowej działający w standardowym paśmie częstotliwości, gdzie przesyłane są 3 sygnały: sygnał jaskrawości, który jest normalnym sygnałem telewizji czarno-białej, oraz 2 sygnały barwy.

3 sygnały kolorów głównych (czerwony, zielony oraz niebieski, uzyskiwane przy pomocy kamery nadawczej) skierowane są do 2 przeróżnych przyrządów. Jednym z nich jest mieszacz, gdzie z sygnałów 3 kolorów głównych otrzymuje się wypadkowy sygnał czarno-biały, nazywany sygnałem jaskrawości. W 2 natomiast przyrządzie, nazywanym układem kodowania kolorów, dochodzi do przekształcenia obydwu kolorów, iż da się je przesyłać wraz z sygnałem jaskrawości.

W filtrach pasmowych ogranicza się widma częstotliwości sygnału czerwonego S.C. i zielonego SZ do wartości 0-1 MHz. Tak duże ograniczenie widma częstotliwości sygnałów barwnych jest możliwe dzięki właściwości oka ludzkiego, polegającej na tym, że oko reaguje na obraz barwny jedynie wówczas, gdy plamy kolorowe na oglądanym obrazie posiadają ogromne wymiary. Przy fragmentach obrazu bardzo niewielkich nasze oko nie jest w stanie rozróżnić wszystkich kolorów, gdyż zlewają się one w 1 obraz czarno-biały.

Niewielkim fragmentom obrazu kolorowego odpowiadają sygnały elektryczne bardzo dużej częstotliwości oraz dlatego można ich nie przesyłać. Potrzebne jest tylko przesłać je w formie sygnału czarno-białego.

Ograniczone widma sygnałów kolory zostają pomieszane z sygnałem jaskrawości w mieszaczach, na skutek czego otrzymuje się przekształcone sygnały kolorowe, które są sygnałami o częstotliwościach różnicowych sygnału konkretnego koloru oraz sygnału czarno-białego (SC-CB dla sygnału czerwonego oraz SZ-CB dla sygnału zielonego).

Sygnały różnicowe doprowadzone są do modulatorów, gdzie modulują sygnał częstotliwości

nośnej barwy, która jest taka sama dla obydwu kolorów, z tym, iż faza napięcia częstotliwości nośnej, która zasila modulator sygnału czerwonego, jest przesunięta o 90 stopni. To przesunięcie faz napięcia częstotliwości nośnej powoduje że powstaje na wyjściu dwóch modulatorów sygnałów o takim samym zakresie częstotliwości, ale wzajemnie przesuniętych w fazie, co powoduje że można je przesyłać wspólnym kanałem. Obydwa przekształcone sygnały koloru zielonego oraz czerwonego tworzą 1 sygnał barwy, który razem z sygnałem czarno-białym (jaskrawości) doprowadzony jest do modulatora w nadajniku telewizyjnym.

Widmo częstotliwości zespolonego sygnału telewizji zajmuje standardowe pasmo częstotliwości sygnału telewizji czarno-białej. Złożone jest ono dokładnie z 3 widm: widma sygnału czarno-białego, widma sygnału barwy i widma sygnału dźwięku. Własnością szczególną zespolonego sygnału telewizji kolorowej jest to, iż widmo sygnału koloru umieszczone jest w środku widma sygnału czarno-białego. Jest to ewentualne dzięki temu, iż sygnał telewizyjny nie jest sygnałem o widmie ciągłym. Energia widma skupia się mianowicie na około częstotliwości, które są wielokrotnościami częstotliwości napięcia odchylenia poziomego. A więc w sygnale telewizyjnym da się zauważyć pewną okresowość powtarzania się zdefiniowanych skupisk energii sygnału. Pomiędzy konkretnymi skupiskami energii sygnału telewizyjnego występują wolne miejsca, które zapełnia się ograniczonym widmem sygnału barwy dzięki konkretnie dobranej częstotliwości nośnej barwy.

W telewizorze kolorowym sygnał zespolony zostaje na początku wzmocniony, a później dopiero rozdzielony w układzie rozdzielania sygnałów na sygnał jaskrawości oraz sygnał barwy. Sygnał jaskrawości (czarno-biały) wysyłany jest do kineskopu trzystrumieniowego, gdzie sterując jaskrawością plamki odtwarza małe szczegóły nadawanego obrazu na ekranie kineskopu.

Sygnał barwy doprowadzony jest do układu dekodowania kolorów, który spełnia rolę całkiem odwrotną aniżeli do tej, jaką spełniał układ kodowania kolorów w nadajniku. Sygnał barwy dzieli się głównie przy pomocy filtru pasmowego oraz doprowadza do 2 demodulatorów. W 1 z nich odtwarza się sygnał czerwony, następnie w 2 zielony. Obydwa demodulatory zasilane są z generatora częstotliwości nośnej barwy, ale tak, iż demodulator sygnału czerwonego zasilany jest od razu napięciem z tego generatora, natomiast demodulator sygnału zielonego - przez przesuwni fazowy. W rezultacie na wyjściu demodulatorów otrzymuje się sygnały różnicowe SC-CB i SZ-CB, zatem takie, jakie były w nadajniku. Sygnały te są doprowadzone się do konkretnych katod ulokowanych we wspólnej obudowie kineskopu. Sygnał barwy niebieskiej który jest brakujący, który nie był w ogóle przesyłany, otrzymuje się przez pomieszanie obydwu sygnałów różnicowych SC-CB i SZ-CB w mieszaczu kolorów. Generator napięcia częstotliwości nośnej barwy sterowany jest impulsami synchronizującymi, które pochodzą z nadajnika telewizyjnego.

Sygnały barw przetwarzane są w 3 strumienie elektronów, które padają na specyficzny mozaikowy ekran przez przesłonę z otworami, nazywany maską (ilustracja. 26.16 a). Otworki te są umieszczone na drodze promieni elektronowych rozwijających obraz na ekranie kineskopu. Wszelkie 3 promienie elektronowe ogniskowane są w taki sposób, iż przechodzą jednocześnie przez konkretne otworki maski, co poglądowo pokazuje ilustracja 26.16 b. Maska umieszczona jest w małej odległości od ekranu kineskopu.

Ekran kineskopu telewizji kolorowej nie jest zrobiony w formie jednolitego osadu luminoforu, jak w kineskopie telewizji czarno-białej, ale jest utworzony z bardzo ogromnej ilości rozmieszczonych dokładnie grup małych kropeczek luminoforów, które dają pod wpływem uderzających w ekran 3 strumieni elektronów świecenie 3 kolorów głównych: zielonego, czerwonego oraz niebieskiego.

Kropki luminoforów 3 kolorów głównych ułożone są na ekranie w formie grup trzyelementowych, gdzie każda utworzy mały trójkąt równoboczny (wszystkie kropki umieszczone są w wierzchołku takiego trójkąta), co zauważyć można na ilustracji 26.16 a. Każdej takiej grupie 3 kropeczek przeróżnych luminoforów odpowiada 1 otwór w masce.

Kiedy wiązka 3 promieni elektronowych jest skupiona na otworze maski, wtedy strumień elektronów, modulowany sygnałem czerwonym, padnie na kropkę luminoforu który daje świecenie czerwone, strumienie natomiast elektronów, modulowane odpowiednio sygnałem zielonym oraz niebieskim, padną na kropki luminoforów, które dają świecenie zielone oraz niebieskie.

Wszelkie 3 strumienie elektronów, nacechowane sygnałem barwy, są równocześnie modulowane sygnałem jaskrawości oraz odchylane przy pomocy wspólnego układu cewek odchylających. Dzięki temu 3 obrazy, które odpowiadają 3 kolorom głównym oraz jaskrawości, są równocześnie w sposób ciągły odtwarzane na ekranie kineskopu. Z uwagi na to, iż kropeczki luminoforów dających świecenie kolorów głównych są niewielkie (rzędu 0,3 mm), osoba obserwująca nie jest w stanie odróżnić 3 oddzielnych obrazów składowych zauważy zatem obraz wypadkowy, który pod względem jaskrawości oraz barwy jest wiernym odtworzeniem obrazu widzianego przez kamerę telewizji kolorowej.

Telewizja satelitarna

Wszelkie satelity telewizyjne bezpośredniego odbioru są lokowane na stacjonarnej orbicie równikowej, na pozycjach które są wcześniej im przydzielone przez organizację międzynarodową, która zrzesza nadające programy. Na naszym kontynencie jest nią EUROSAT. Pozycje satelitów stacjonarnych definiuje się w stopniach długości geograficznej wschodniej (E) oraz zachodniej (W). Telesatelity są zaopatrzone, w celu dokładnej korekty położenia, w niewielkie silniki rakietowe, zdalnie sterowane z naszej planety.

Aparatura nadawczo-odbiorcza satelity telewizyjnego obejmuje wiele (bardzo często 10) przekaźników przesyłanych z naszej planety sygnałów, odrębnych dla każdego z kanałów. Przyrządy retransmitujące programy zwie się transponderami. Są one zasilane z baterii słonecznych, które umieszczane są na charakterystycznych, skierowanych w kierunku Słońca, skrzydłach. W czasie przejścia satelity przez cień naszej planety, co odbywa się prawie jedną godzinę, aparatura jest zasilana z akumulatorów. Gwarantuje to w zasadzie pracę całodobową, choć w okresach cyklicznie powtarzających się "zaćmień" udaje się zauważyć małe czasami zmiany parametrów wysyłanego sygnału. Są one spowodowane drastycznymi spadkami temperatury w środku satelity.

Satelity, które nadają programy do powszechnego odbioru, są tak zbudowane, iż są one w stanie w tym samym czasie emitować odrębne dla przeróżnych krajów wiązki fal. Anteny kierunkowe transponderów są w takim przypadku nakierowane na terytoria krajów albo stref językowych (angielska, francuska, niemiecka, włoska, hiszpańska itd.), które korzystają z adresowanych do nich emisji. Zasięgi są czasami znacznie większe aniżeli "napromieniowana" teoretycznie powierzchnia naszego globu - w praktyce więc widzowie, którzy zamieszkują tak niewielką część świata jak Europa, są w stanie odbierać jakie tylko chcą kanały.

Telewizyjne programy satelitarne dla Europy są nadawane na falach centymetrowych, w zakresie częstotliwości od 10,95 GHz (gigaherców) do 11,70 GHz - zwanym Ku-Band. Sygnałów tych nie da się odbierać od razu przy pomocy normalnych odbiorników telewizyjnych, ani też wykorzystując anten które wykorzystuje się przy odbiorze fal metrowych oraz decymetrowych, na których działają naziemne stacje rozsiewcze. Konieczne jest tu wykorzystanie specyficznej instalacji, która składa się z 3 fragmentów:

a) anteny parabolicznej, która charakteryzuje się zdolnością odbierania skupionej wiązki fal o rozbieżności 1 stopnia kątowego;

b) konwertera ogromnej częstotliwości, ulokowanego zaraz przy antenie zewnętrznej, odpornego na temperatury od -40 stopni C do +55 stopni C, zamieniającego odbierane z orbity sygnały poprzez zmniejszenie ich częstotliwości;

c) odbiornika telewizji satelitarnej, działającego w zakresie 950-1750 MHz (megaherców), gdzie mieści się 79 kanałów (numerowanych od 01 do 79), przekazującego odebrane programy na wejście normalnego kolorowego telewizora systemu PAL/SECAM.

Odbiorniki telewizji satelitarnej posiadają 2 wyjścia sygnału. To powoduje że jesteśmy w stanie podłączyć je do specjalnych gniazd audio-video (A/V), lub też - jeżeli odbiornik ich nie posiada - do wejścia antenowego telewizora. W tym 2 przypadku sygnały są do odbiornika przekazywane na pomocniczej częstotliwości radiowej RF (ang. Radio frequency), do której jesteśmy w stanie już dostroić wszystkie odbiorniki z zakresem UHF (kanały 21-60).

Satelity telekomunikacyjne które zajmują stałe miejsca na orbicie równikowej. Parabola anteny nadawczej powinna być więc dokładnie nakierowana na punkt nieboskłonu, który odpowiada pozycji konkretnego satelity. Jeżeli odbiorcę ciekawią programy które nadawane są przez wiele satelitów, to powinien tak zbudować antenę, by było możliwe jej przestawianie ręczne (co jest bardzo trudne) albo automatyczne, przy pomocy zdalnie sterowanego przyrządu z silnikiem. Sterownik zdalny anteny nosi angielskie określenie antenna positioner and actuator.

Antena odbiorcza telewizji satelitarnej złożona jest z 2 fragmentów - biernego oraz czynnego. Fragmentem biernym jest paraboliczna metalizowana czasza, która jest wklęsłym lustrem. Fale radiowe, wysyłane przez transponder satelity, odbijają się od tego lustra, a następnie skupiają w ognisku reflektora. Czasza anteny musi być odporna na działanie atmosferyczne oraz sztywna, przy czym metody jej mocowania na podstawie muszą wykluczać uszkodzenie spowodowane np. silnymi porywami wiatry. Oczywiście, bardzo dobrze "spisują się" anteny ulokowane na wolnej przestrzeni, m. in. na dachu, balkonie czy w ogrodzie. W kilku jednak przypadkach ewentualny jest również odbiór silniejszych sygnałów przez anteny które znajdują się pod dachem.

Średnica czaszy odbiorczej ma decydujący wpływ na czułość anteny. Im większa antena, tym silniejszy odbiór. Do odbioru indywidualnego na terenie naszego kraju wykorzystuje się bardzo często anteny o średnicach od 90 do 180 centymetrów. W zachodniej części kraju mogą być wykorzystywane mniejsze czasze antenowe (150cm), we wschodniej natomiast - większe (180cm). Tylko do wyłącznego odbioru satelity ASTRA da się wykorzystywać bardzo małe anteny, odpowiednio o średnicy 90 oraz 120 centymetrów. W przyszłości - w miarę wprowadzania na orbitę satelitów następnych generacji o podwyższonej mocy - będzie możliwe korzystanie z jeszcze mniejszych anten, o średnicach od 50 do 80 centymetrów.

Instalując anteny, przede wszystkim te o dużych średnicach, trzeba zwrócić dużą uwagę na solidne umocowanie stojaka. Sam ciężar anteny nie posiada tu szczególnego znaczenia. Typowe zestawy antenowe nie ważą więcej aniżeli pięćdziesiąt kg - istotna jest za to ich odporność na podmuchy wiatru. Przy częstych wiatrach, które wieją z prędkością 30m/s, czasze o średnicy 180 cm mogą być narażone na nacisk boczny który dochodzi nawet do 250kg.

Antena musi być umieszczona w miejscu które zapewnia bezpośrednią widoczność satelity - ponad naturalnymi przeszkodami, jakimi mogą być drzewa czy inne budynki. Musi być "widoczny" cały wycinek łuku, gdzie są rozmieszczone satelity telewizyjne. Sektor ten jest w naszym kraju ograniczony azymutem od 130; do 240. Elewacja, tzn. kąt pomiędzy horyzontem oraz kierunkiem zwróconej na satelitę anteny, powinien mieścić się w granicach od 14 na północy kraju do 33 na południu.

Fragmentem czynnym anteny jest konwerter, sprzężony z promiennikiem ulokowanym w ognisku reflektora. Konstrukcja konwertera jest bardzo precyzyjna oraz delikatna; nie toleruje ingerencji we wnętrze tego niewielkiego, ale ważnego w zestawie, przyrządu. Próby otwarcia obudowy (przez amatora) na ogół zakończone są uszkodzeniem aparatury.

Fale radiowe, wysyłane przez transpondery satelitów telewizyjnych, są spolaryzowane poziomo albo pionowo, względni kołowo - prawo- oraz lewoskrętnie. Z tego względu przy promienniku anteny odbiorczej lokuje się konkretny polaryzator. Obrotowy polaryzator, ze zdalnym sterowaniem, daje możliwość na odbiór programów o przeróżnych polaryzacjach fal. W przypadku wykorzystywania tylko sygnałów oraz 1 polaryzacji wystarczy wykorzystanie prostego stałego polaryzatora pojedynczego. Przyrząd ten łączy promiennik anteny z konwerterem.

Konwerter posiada przedwzmacniacz ogromnej częstotliwości (wzmacniacz parametryczny) i pierwszy stopień przemiany częstotliwości. Lokalny generator heterodynowy oraz pierwszy mieszacz przenoszą nadawane przez satelitę sygnały na zakres niższych częstotliwości, przechodzą z pasma gigahercowego na megahercowe. Otrzymana dzięki temu pierwsza częstotliwość pośrednia jest skierowana, po wstępnym wzmocnieniu, do wejścia odbiornika telewizji satelitarnej.

Redukcja odbieranych przez antenę częstotliwości z 11-12 GHz na 950-1750MHz ułatwia późniejszą obróbkę sygnałów, które są z satelity wysyłane w modulacji częstotliwościowej. Dopiero w odbiorniku TV SAT przyjmują one konkretną dla odtwarzania formę amplitudową.

Konwertery różnią się od siebie zakresami częstotliwości

wejściowych oraz współczynnikiem szumów. Zakres częstotliwości dla Europy równy jest, jak powiedziano już wcześniej od 10,95 do 11,75GHz. Tylko w przypadku odbioru satelitów TDF oraz TELEX niezbędny jest zakres od 11,75 do 12,5GHz. Pozostałe konwertery, które przeznacza się do odbioru w innych strefach geograficznych, są na naszym kontynencie nie użyteczne.

Wzmocnienie konwerterów jest w stanie równać się od 50 do 65 dB. Lepsze są, przyrządy o większym wzmocnieniu. Jakość odbioru słabych sygnałów telewizji satelitarnej jest również uwarunkowana przez współczynnik szumów własnych. Dla konwerterów lepszej klasy (wiadomo że droższej) równy jest on 0,9dB - co daje możliwość na wykorzystanie anten o niewielkiej średnicy. W taniej aparaturze współczynnik szumów może rosnąć nawet do 2,5dB. Dla typowych anten, o średnicach od 150 do 180 cm, da się wykorzystywać konwerterów ze współczynnikiem szumów 1,8dB. Małe czasze odbiorcze (120 oraz 90 cm) potrzebują niskoszumowych konwerterów o współczynniku 1,5 czasami nawet 1,2dB. Tylko odbiór z satelity ASTRA bywa zadawalający przy poziomie szumów rzędu 2dB.

Antenę łączy się z odbiornikiem satelitarnym głównie przy pomocy specjalnego kabla współosiowego o typowej wprawdzie oporności od 50 do 75 omów, ale przenoszącego częstotliwości do 2GHz oraz wyróżniającego się tłumieniem nie większym aniżeli 20dB. Prowadzi się go najkrótszą drogą - od konwertera do wejścia antenowego. W przypadku pojedynczego polaryzatora złączenie to w całkowicie wystarcza. Polaryzatory obrotowe potrzebują jednak dodatkowego złączenia z odbiornikiem 3 elastycznym przewodami elektrycznymi. Silnik sterownika anteny powinien być - jest to uzależnione od budowy fabrycznej - zasilany za pośrednictwem 2 albo 4 przewodów identycznego typu, jakie stosuje się w domowych instalacjach elektrycznych.

Doprowadzone z konwertera sygnały są w tunerze odbiornika zmieszane z częstotliwością 2 heterodyny, co sprawia przesunięcie ich do pasma 140MHz (zobacz schemat blokowy tunera na ilustracji 2.4). Są one natomiast cały czas modulowane częstotliwościowo, a później przechodzą przez ogranicznik i demodulator FM (uzupełnione tzw. blokiem deemfazy), skąd się je kieruje na wyjście w postaci sygnałów niewielkiej częstotliwości wizji oraz fonii, możliwych do przyjęcia przez telewizory.

Strojenie tunera zachodzi przez zmianę częstotliwości 2 heterodyny. Gdy pominiemy charakterystyczną dla telewizji satelitarnej przemianę sygnału wizji z modulacji częstotliwościowej, budowa tunera TV SAT w niczym się nie różni od konstrukcji klasycznych tunerów telewizyjnych.

Na rynku sprzętu elektronicznego jest kilka typów odbiorników telewizji satelitarnej, które różnią się nie tyle budową, ile stopniem automatyzacji obsługi. Bardzo proste z nich da się regulować tylko ręcznie. Na ich frontowej ściance umieszczone są pokrętła dostrojenia wizji, fonii oraz regulacji polaryzatora. W konstrukcjach średniej klasy dodatkowo jest wbudowane są również wskaźnik poziomu sygnału, przełącznik polaryzatora oraz przełącznik szerokości pasma fonii.

Bardzo drogie odbiorniki wysokiej klasy posiadają cyfrowy syntetyzer częstotliwości, który ułatwia dostrajanie do kanału, i pamięć elektroniczną, gdzie można utrwalić optymalne dostrojenie odbiornika do kilkudziesięciu programów. Posiadają one na ogół zdalne sterowanie podczerwienią.

W charakterystyce odbiornika bardzo ważny jest zakres odbieranych częstotliwości. Trzeba jednak mieć na uwadze, iż większa część satelitów europejskich nadaje w paśmie 10,95-11,75 GHz (Ku-Band). Jedynie niektóre satelity działają (bardzo często jedynie na pewnych transponderach) w zakresie 11,75-12,5 GHz (C-Band). Znajomość właściwego zakresu jest konieczna przy zakupie sprzętu.

Na tylnej ściance odbiornika zauważyć można gniazdo wejściowe dla kabla współosiowego, który prowadzi od konwertera. Jest ono oznaczone symbolem INPUT. Niedaleko niego są gniazda które przeznacza się do łączenia z polaryzatorem oraz zdalnym sterownikiem anteny ANT CONT. Wyjście ogromnej częstotliwości OUT stosuje się do połączenia, także kablem współosiowym, telewizora o odbiornikiem satelitarnym, ale telewizor jest w stanie być dowolnego rodzaju. Przekaz zachodzi na dowolnym kanale, wybranym w zakresie UHF 30-39. Celem precyzyjnego dostrojenia telewizora odbiornik satelitarny jest zaopatrzony w generator sygnału testowego, który włącza

się przesunięciem przełącznika TEST na pozycję ON. Po dostrojeniu do testu przestawia się go na pozycję OFF.

Dużo lepszą jakość odbioru otrzymuje się w przekazie odrębnych sygnałów wizji oraz dźwięku, które pobierane są odpowiednio z gniazd VIDEO oraz SOUND. Jest to jednak możliwe jedynie jeżeli chodzi o telewizory z gniazdami wejściowymi, odrębnymi dla wizji oraz fonii albo zespolonymi w tzw. eurozłącze.

Pewne odbiorniki wyższej klasy posiadają dodatkowe gniazda do przyłączenia magnetowidu oraz stereofonicznej instalacji głośnikowej.

Końcowym przyrządem w zestawie odbiorczym jest telewizor kolorowy. Jako, że w europejskiej strefie geograficznej programy telewizyjne nadaje się w 2 systemach, znanych jako PAL (większa część emisji satelitarnych) oraz SECAM, zatem trzeba wykorzystywać dwusystemowe aparaty telewizyjne PAL/SECAM. Przełączanie z systemu na system zachodzi w nich automatycznie, zależnie od doprowadzonego sygnału.

Literatura:

1) Andrzej Sowiński: Elektronika i automatyka; Warszawa 1970

2) Tadeusz Kurek: Prawie wszystko o telewizji satelitarnej; Warszawa 1991