Специальные антенны для спутникового телевидения

 В телевидении в единицу времени требуется передать в сотни раз больше информации, чем  требуется для передачи, например, звука. Поэтому при одинаковых методах передачи сигнал телевидения занимает значительно более широкую полосу частот, чем сигнал радио. Полоса телевизионного сигнала в российском стандарте – D 8 МГц, в то время как полоса сигнала АМ радиостанции – примерно 0,01 МГц. Для телевидения оказались непригодными длинные, средние и короткие волны: в диапазонах ДВ (30-300кГц) и СВ (0,3-3 МГц) просто невозможно разместить даже один телевизионный канал, а во всем диапазоне КВ (3-30 МГц) поместились бы лишь три телевизионных программы. Для наземного телевидения используются диапазоны метровых (30-300 МГц) и дециметровых (300-3000МГц) волн. Чем выше частота, тем больше свойства радиоволн приближаются  к свойствам света. Метровые и дециметровые волны «не умеют» огибать круглую поверхность Земли, они распространяются только прямолинейно, на расстоянии прямой видимости. По этой причине антенны наземных телецентров поднимаются на высокие башни, чем больше высота телебашни, тем больше дальность действия телевизионного передатчика. Однако даже телебашни больших городов обеспечивают прием на удалении не более 100-200 км. В современном мире тел. Программы необходимо транслировать на целые страны и континенты. Эту задачу и решает спутниковое телевидение. Если разместить телевизионный передатчик и антенну на огромной высоте над Землей, в ее прямой видимости будет находиться чуть ли не половина земной поверхности. Тут возникает ряд проблем. Чтобы тот передатчик работал, ему нужна электроэнергия. Провода к Земли не протянешь, подвозить к нему топливо будет непомерно дорого, от ядерного реактора нечем отводить тепло. Поэтому все аппаратура спутников питается от  солнечных батарей, и мощность спутниковых телевизионных передатчиков невелика, как правило, 100-150 Вт. Для сравнения: наземные тел. Передатчики в больших городах могут иметь мощность от 1 до 25кВт. Другая проблема: если спутник вращается вокруг Земли, то рано или поздно он оказывается с ее обратной стороны, заходит на горизонт, как Луна, например. Это недопустимо, ведь телевизионные программы необходимы круглосуточно. Поэтому спутники, используемые для телевидения, запускаются на так называемую геостационарную орбиту, которая расположена точно в плоскости экватора на удалении 35786 км от поверхности Земли. На этом расстоянии сила земного притяжения такова , что спутник может двигаться по орбите с угловой скоростью, точно равной угловой скорости Земли. Поэтому геостационарный спутник вращается вместе с Землей, оставаясь неподвижным относительно ее поверхности, как будто его насадили на спицу, проходящую через центр Земли.35768 км – огромное расстояние, оно почти втрое больше диаметра нашей планеты! Таким образом, передатчик малой мощности располагается очень далеко от приемника, поэтому сигналы спутникового телевидения очень слабые. Чтобы обеспечить прием, используется ряд технических решений. В аналоговом спутниковом телевидении вместо обычной амплитудной модуляции используется частотная, что позволило снизить необходимое для приема отношение сигнал-шум более чем в 100 раз. Расплатой за выигрыш стало увеличение занимаемой полосы частот: для сигнала с ЧМ вместо 8МГц потребовалось 36 МГц. Даже дециметровый диапазон для таких сигналов стал тесен, поэтому в спутниковом телевидении используется диапазон  сантиметровых волн (3-30 ГГц), а точнее, два его поддиапазона, так называемые С-Band  («си бэнд, 3400-4200) и Ku-Band («ку бэнд, 10700-12750).
Другое решение – использование остронаправленных антенн, как на самом спутнике, так и в приемной системе. Передающая антенна спутника усиливает сигнал передатчика, сосредотачивая мощность на нужном направлении. Однако сделать усиление передающей антенны слишком большим нельзя – тогда вся мощность будет сконцентрирована на слишком маленьком участке земной поверхности. Чем большую территорию нужно обеспечить вещанием, тем меньше делается усиление передающей антенны. Мощность спутникового передатчика распределяется по некоторой площади. Распределение это неравномерно.
В той точке зоны обслуживания, которая находится на оси передающей антенны, создается максимальная сила сигнала. Эта точка называется точкой прицеливания. В общем случае,  чем дальше от точки прицеливания, тем сигнал слабее. Для оценки силы сигнала для каждого спутника в разных географических точках используются  специальные карты, называемые – «зона закрытия». По-русски такие карты иногда именуются более благозвучно: «зона обслуживания». На них изолиниями соединяются точки земной поверхности, которым соответствует одинаковая ЭИИМ (эквивалентная изотропно излучаемая мощность. Эта мощность, которую должен был бы иметь передатчик спутника, если бы он работал на ненаправленную антенну, чтобы создать в данной точке земной поверхности сигнал такой же силы, которую создает реальный передатчик с направленной антенной. То есть, ЭИИМ – величина, учитывающая мощность спутникового передатчика и направленные свойства антенны для конкретного направления. ЭИИМ современных спутников в центре зоны обслуживания может составлять несколько сотен киловатт.

Многие спутники имеют не одну, а несколько передающих антенн для вещания на разные страны. В этом случае для каждого «луча» создается отдельная карта. Теперь мы знаем, что мощность спутникового сигнала распределяется по площади, легко понять назначение спутниковой приемной антенны. Ее задача – «собрать» эту мощность с некоторой площади и сконцентрировать в одной точке, где она будет преобразована в электрический сигнал.

Чем больше площадь антенны, тем больше будет мощность полезного сигнала на ее выходе – вывод: усиленные свойства антенны зависят только от ее размеров, и практически не зависят от конструкции, формы, материала… На практике имеет большое значение качество антенны – «кривая»,  механически поврежденная или просто сделанная грубо, будет работать хуже.