Transkript

1 Pøijímaè FM MHz pro zpracování signálù z meteorologických satelitù Ing. Miroslav Gola, OK2UGS Dnem 24. èervna 2002 se zájemcùm o pøíjem on line informací z meteorologických satelitù otevøelo nové, nejménì dvouleté období pro experimenty s nejnovìjší technologií. Toho dne úspìšnì vynesla z americké letecké základny Vandenberg raketa Titan II na obìžnou dráhu nový satelit NOAA 17. Pøíjem informací z meteorologických satelitù v kmitoètovém pásmu velmi krátkých vln se stal zajímavým hobby pro tisíce radioamatérù na celém svìtì. Kdo z vás jste zadali do nìkterého vyhledávaèe informací na Internetu napøíklad hesla NOAA, 137 MHz, WEFAX, Meteosat, Meteor, APT potvrdíte, že jste obdrželi stovky odkazù na nejrùznìjší stránky výrobcù zaøízení, prodejcù, profesionálních uživatelù a hlavnì zájemcù z øad amatérù. Naleznete tam i odkaz který vás zavede na stránky redakce anglického èasopisu RIG, jehož obsah je plnì vìnován dané problematice. V Èeské republice se rozšíøil okruh uživatelù kmitoètového pásma v okolí 137 MHz hlavnì díky publikacím Radka Václavíka OK2XDX, v PE [1]. Podle mých informací je z tohoto okruhu služebnì nejstarším a i dnes aktivním radioamatér Jiøí Borovièka, OK1BI, který si sestavil pøijímací zaøízení již v roce To pochopitelnì nemohlo mít technické parametry dosažitelné s dnešní souèástkovou základnou a obraz nebyl generován za podpory kvalitních dekódovacích programù pro osobní poèítaèe. Jiøí obrázky dekódoval technologií sedmdesátých let - vykreslováním na osciloskopu s obrazovkou støedního dosvitu a zaznamenával fotografickou kamerou Polaroid [9]. Obrázek ze si mùžete prohlédnout na adrese: a uvidíte na nìm oblast východního Støedomoøí, Kypr a Egypt. Jiøí Borovièka i dnes svá pøijímací zaøízení stále rozšiøuje a vylepšuje a kdo vlastníte jeho QSL lístek, mùžete na nìm pochopitelnì vidìt i støedovou parabolickou anténu pro pøíjem signálù ze satelitu METEO- SAT. Možná je vhodné pro úplnost dodat, že v roce 2000 jsme si pøipomenuli 40. výroèí pøenosu prvního televizního obrázku z vesmírného satelitu, kterým byl TIROS 1, a stalo se tak dne 1. dubna Obrázek byl nevalné kvality, ale zahájil éru kosmického výzkumu zemského povrchu, kdy rozlišení na obrázcích dnes bìžnì dosahuje øádu metrù. Bližší informace naleznete na stránkách agentury NOAA: nasa.gov/history/tiros/tiros.html. Podívejte se na Zemi z vesmíru... V souèasné dobì je podle zdroje CelesTrak ( na obìžných dráhách okolo Zemì rozmístìno asi 36 satelitù pro dálkový prùzkum Zemì, jejichž data, která pøedávají pozemním stanicím, bychom mohli specifikovat jako meteorologické údaje. Ne všechny z nich však na Zemi pøedávají obrazové informace, které mohou být pøedmìtem našeho zájmu. Jsou to pøedevším satelity oznaèované WXSAT (Weather satelit - satelity pro sledování povìtrnostní situace). Ty jsou rozdìleny do dvou základních skupin: orbitální satelity s polární dráhou (NOAA, METEOR a další) a satelity geostacionární (METEOSAT 7, GMS-5, GOES-E, GOES-W, INSAT). Hlavním bodem našeho zájmu bude první skupina - NOAA (USA - National Oceanographic and Atmospheric Administration) METEOR, OKEAN, RESURS (Ruská federace) a další. Tyto satelity se pohybují na polárních dráhách kolem Zemì ve vzdálenosti 800 až 1200 kilometrù, pøelétávají nad jedním místem dennì v pøibližnì stejné dobì [25] a pøi každém obletu míjejí severní nebo jižní pól (odtud název polární). Pøesnou dobu pøeletu nad našim stanovištìm lze urèit výpoètem z kepleriánských prvkù, kterými je popsána aktuální dráha zvoleného satelitu. K výpoètu doby pøeletu, kdy se satelit objeví na horizontu z pohledu našeho bydlištì a zase zmizí za horizontem, nám dnes slouží øada programù pro osobní poèítaè. Sám nejèastìji používám v prostøedí Windows jednoduchý program SatWin v èeské verzi, jehož autorem je [26, 10]. Ekvivalent programu SatWin byl napsán i pro operaèní systém MS-DOS, provozovaný na starších poèítaèích typu DX486. Oba programy si lze stáhnout i s aktuální sadou kepleriánských prvkù na adrese: kde nalezneme i mnohé další podrobné aktuální informace o aktivitách satelitù, jejichž signály mùžeme zachytit a dekódovat pøijímaèem, který je popsán v dalších kapitolách textu. Pøedpokládaná životnost satelitù NOAA je uvádìna National Oceanographic and Atmospheric Administration na období dvou let. Ne jinak je tomu i u sa- telitu NOAA 17. To v nás mùže vyvolat zdání, že investice do zaøízení pro pøíjem jejich signálù je pøíliš krátkodobá, avšak není tomu tak. Napøíklad satelit NOAA 12 byl instalován na obìžnou dráhu dne a do dnešních dnù mùžeme pøijímat jeho kvalitní signály na kmitoètu 137,50 MHz. Vysílání snímkù z polárních orbitálních satelitù neobsahuje pro uživatele v našich zemìpisných šíøkách žádný zaèátek ani konec. Vysílání probíhá bez pøestávky po celou dobu pøeletu. Nejprve, kdy se satelit objeví na obzoru, je okraj pøijímaného snímku zašumìlý a postupnì se rozlišení detailù v obraze zlepšuje. Na konci dráhy pøeletu pøijímaný signál slábne, obraz se zaène ztrácet v šumu a satelit zapadá za horizont. Inklinace (je to úhel, jenž svírá rovina dráhy družice s rovinou rovníku) družice, jež by prolétávala nad obìma póly (po takzvané polární dráze) je 90, amerických meteosatelitù NOAA je 98, doba obletu pøibližnì 102 minut a výška obletu 820 až 850 km. Meteosatelity zavìšené na geostacionární dráze nám poskytují ze vzdálenosti kolem km dùležité snímky Zemì z pozic 0 degrees Longitude (ME- TEOSAT 7), 70 degrees W Longitude (GOES-E USA), 135 degrees W Longitude (GOES-W USA), 140 degrees E Longitude (GMS-5 Japonsko), 105 degrees E Longitude (FY-2 Èína), 76 degrees E Longitude (GOMS Ruská federace), 83 degrees E Longitude (INSAT Indie), 63 degrees E Longitude (METE- OSAT 6). V našem zorném poli se vyskytují pouze satelity evropské spoleènosti EU- METSAT, která provozuje satelity ME- TEOSAT 6 a 7. Meteosat vysílá dva druhy dat, data formátu WEFAX a primární data (PD) rychlostí 166 kbps. Primární data ze snímaèù jsou pøijímaná øídicím støediskem v Darmstadtu, kde jsou zpracována a vysílána opìt pøes satelit ve formátu WEFAX. Pøíjem dat WEFAX z METEOSATu je pomìrnì jednoduchý. Data jsou vysílána na dvou kanálech. Na kanále A1 (1691 MHz) se ve ètyøminutových blocích vysílají snímky dané èásti zemského povrchu. Snímky se vysílají podle pevnì daného èasového harmonogramu a jsou tøí typù: - Snímky ve viditelné èásti spektra ( nm), VIS. - Snímky v infraèervené èásti spektra ( nm), IR. - Snímky vodních par ( nm), WV. Zorné pole satelitu je rozdìleno na 9 èástí, oznaèovaných èíslicemi 1 až 9 za Praktická elektronika A Radio - 10/2002

2 oznaèením spektra. Nejpoužívanìjší snímek Evropy a severní èásti Afriky v infraèerveném spektru se vysílá každých tøicet minut (oznaèení D2). Na kanále A2 (1694,5 MHz) se vysílá nìkolik snímkù ve formátu WEFAX z dalších meteosatelitù - z amerických satelitù GOES (umístìn nad východním pobøežím Ameriky a nad Pacifikem) a z japonského satelitu GMS-5 umístìného nad Austrálií. Mùžete zde pøijímat i složené snímky celého disku Zemì ve viditelné nebo infraèervené èásti spektra a rozložení vodních par. Pøevážnou èást doby se však na kanálu A2 vysílají primární data. Pro úplnou automatizaci pøíjmu WE- FAX zaèíná každý snímek startovacím tónem 300 Hz po dobu tøí sekund, následují fázovací øádky pro synchronizaci kraje snímku (pìt sekund), u satelitu METEOSAT potom digitální hlavièka obsahující všechny údaje o snímku a vlastní snímek. Konec snímku oznaèuje stop tón 450 Hz v trvání pìti sekund. Vysílací program (schedule) je aktuálnì uvádìn na adrese de/en/dps/dissemination/schedules/ schedule.pdf. Protože geostacionární satelity vysílají na kmitoètech 1691 MHz a 1694,5 MHz, je nutné pøed popisovaný pøijímaè pøedøadit konvertor, který pøevede tyto signály na kmitoèty 137,5 a 141 MHz [15, 30]. Modulace Rádiové signály z polárních a geostacionárních satelitù jsou vysílány z obìžné dráhy na Zemi s použitím kmitoètové modulace. Signály ze satelitù budeme pøijímat ve formì èernobílé obrazové informace (pseudo-zabarvení obrazu vzniká až zásahem programového vybavení v osobním poèítaèi) standardním audiokanálem, kdy zmìna amplitudy subnosné 2400 Hz vyjadøuje úroveò jasu video signálu. Maximum modulace (èerná) není nula, avšak asi 5 %, bílá potom 87 %. Tento složený audio signál je frekvenènì modulován na hlavní nosnou, napø. 137,50 MHz u satelitu NOAA 15. Tento starý, ale stále užiteèný systém je používán dodnes hlavnì pro svoji jednoduchost a spolehlivost. Polární satelit používá APT [18], geostacionární satelit užívá WEFAX [17]. Obì tyto metody si jsou velmi podobné a obvykle je možné dekódovat obì zobrazení stejným vybavením. Jediný významný rozdíl je v tom, že pøíjem z polárního satelitu nemá žádný zaèátek ani konec, pøedávání signálù na Zemi je nepøetržité. Každý jednotlivý øádek si nese informaci o svém zaèátku a konci a programové vybavení pak skládá do pamìti poèítaèe obraz z jednotlivých øádkù. Vysílání snímkù ze satelitù NOAA se skládá z øádkù trvajících 0,5 s korespondujících s údaji snímaèù. Ty poskytují jeden snímek zemského povrchu obsahující data ze dvou kanálù. Na kanále A se vysílá snímek ve viditelné oblasti spektra (VIS) a na kanále B snímek v infraèervené èásti (IR). Každý øádek obsahuje data z obou kanálù (èasový multiplex) a skládá se ze sekvence oddìlovacích tónù proložených modulací snímku. Data v kanálu A pøedchází krátký puls 1040 Hz a podobnì data v kanálu B pøedchází krátký puls 832 Hz. Každý øádek také obsahuje kalibraèní sekvenci. Díky tomu dokáže program v poèítaèi pro dekódování zobrazit pouze zvolený typ snímku èi snímek zasynchronizovat na okraj obrazovky. Celý systém je oznaèován jako APT (Automatic Picture Transmission), automatické vysílání snímkù. Další informace mùžete nalézt na www adrese: Aktuální informace o ruských satelitech METEOR, OKEAN, RESURS naleznete na adrese: Tyto satelity mají vyšší orbitu než satelity NOAA (1200 km). Napøíklad inklinace satelitù METEOR je 82 a doba obletu 115 min. Systém vysílání snímku je kompatibilní, ale ponìkud odlišný od vysílání satelitù NOAA. Modulace je podobná, avšak snímek obsahuje pouze jeden obrázek ve vyšším rozlišení. Okraje øádkù obsahují sady fázovacích èar (støídají se èerná a bílá), èáry oznaèující konec obrázku a stupnici šedi. Snímky v infraèerveném spektru potom neobsahují na okrajích øádkù stupnici šedi. Navíc jsou tyto snímky proti snímkùm z NOAA invertované. Na snímcích ze satelitù NOAA jsou teplejší místa zobrazena tmavším odstínem a chladnìjší místa jsou svìtlejší. U snímkù ze satelitù METEOR je to naopak, teplá moøe jsou bílá a chladná oblaènost je èerná. Po demodulaci pøijímaèem FM APT/ WEFAX dostaneme amplitudovì modulovaný tón 2400 Hz. Signál zavedeme do vstupu standardní zvukové karty v osobním poèítaèi a pak jej dále zpracováváme softwarovým dekodérem JVComm32 ( Program JVComm32 si poradí i se zhoršenou kvalitou demodulovaného signálu díky úèinným digitálním filtrùm a na jeho výstupu obdržíme obraz na monitoru poèítaèe. Obrazovou informaci z pøijímaèe mùžeme zpracovávat okamžitì, nebo dekódovat i pozdìji - odloženì, kdy zapíšeme modulovaný signál 2400 Hz do zvukového souboru wav na kvalitním záznamníku (nejlépe se mi osvìdèil Minidisk SONY). Pokud odjíždíme na dovolenou do vzdálených zemí, vybavíme se pøenosnou a snadno demontovatelnou anténou Quadrifillar Helix podle [11], k popisovanému rádiu si pøibalíme Minidisk a na místì samém mùžeme snímat pro nás exotické obrazy z libovolných meteosatelitù. Po návratu zvukové záznamy WEFAX ve formátu wav dekódujeme opìt stejným zpùsobem jako pøi pøímém pøíjmu. Signál pøivedeme do zvukové karty PC a spustíme program JVComm32. Jen pro upøesnìní je nutné dodat, že systém vysílání meteorologických snímkù oznaèovaný jako APT/WEFAX není kompatibilní s FAX systémem používaným na krátkých vlnách [27]! U systému FAKSIMILE se pøenáší jasová informace frekvenèní modulací (FM). To znamená, že vysílaè (napø. v Evropì kvalitnì slyšitelný DDK3 - na 7880 khz) je naladìn mezi dvìma kmitoèty zmìnou kmitoètu, z nichž jeden odpovídá èerné barvì (modulaèní kmitoèet 1500 Hz) a druhý bílé barvì (modulaèní kmitoèet 2300 Hz). Pøi pøenosu polotónových obrázkù se kmitoèet vysílaèe plynule posouvá mezi kmitoèty pro èernou a bílou barvu. Polovièní rozdíl mezi kmitoètem pro èernou a bílou barvu se nazývá odchylka signálu (signal deviation). Pro krátkovlnný pøenos je standardnì používána odchylka 400 Hz a 150 Hz pro pøenos na dlouhých vlnách. U systému APT/WEFAX se informace o jasu obrazu pøenáší zmìnou amplitudy (AM) subnosného kmitoètu 2400 Hz. První prakticky použitelné experimenty v tomto oboru byly uskuteènìny již pøed 75 lety, kdy si pøedávali obrazovým rádiem C. Francis Jenkins z Washingtonu a Max Dieckmann z Mnichova jednoduché obrázky povìtrnostních map pro námoøní dopravu. Popis pøijímaèe RX Pøijímaè RX MHz je urèen pro kvalitní pøíjem signálù z polárních meteosatelitù NOAA, METEOR a dalších. Po doplnìní o konvertor z 1691 MHz na 137,50 MHz je vhodný i pro pøíjem geostacionárního satelitu METEOSAT 7 [16]. Výstupní nízkofrekvenèní signál APT/WEFAX je zaveden do zvukové karty osobního poèítaèe. Kmitoètový syntezátor PLL a displej LCD je øízen mikropoèítaèem ATMEL Pohledem do tab. 1 zjistíme, že polární satelity vysílají signály v rozsahu 137,30 až 137,85 MHz. Proto vystaèíme s úzkým kmitoètovým rozsahem. Z praktických dùvodù byl zvolen dolní kmitoèet 137,00 MHz a horní kmitoèet 141 MHz. Nad 137,85 MHz již nezachytíme žádné vysílání z meteorologických satelitù, avšak kmitoèet 141 MHz nám umožní pozdìjší pøipojení konvertoru pro ME- TEOSAT 7 a zpracování informací z obou kanálù na 1691 MHz (první kanál po konverzi na kmitoèet 137,50 MHz) a 1694,5 MHz (druhý kanál po konverzi na kmitoèet 141,00 MHz). Tab. 1 NOAA ,500 MHz, není aktivován NOAA ,620 MHz, není aktivován NOAA ,500 MHz NOAA ,620 MHz, je neaktivní NOAA ,620 MHz NOAA ,500 MHz NOAA ,620 MHz, není aktivován pro APT NOAA ,620 MHz NOAA majáky 136,770 a 137,770 MHz METEOR ,400 MHz METEOR ,300 MHz METEOR ,850 MHz RESURS ,85 MHz, 137,400 MHz RESURS ,850 MHz OKEAN-O 137,400 MHz FY 1B 137,795 MHz Ne všechny satelity uvedené v tab. 1 jsou vždy aktivní ( gov/noaasis/ml/status.html). Nìkteré z nich stále obíhají na polárních dráhách, avšak jejich vysílaèe jsou pøechodnì vypnuty. Jiné zase pro poruchu nevysílají, napøíklad moderní NOAA 16, který pro závadu pracuje pouze v režimu HRPT - na kmitoètu 1,698 GHz. Inu, je to osud všech kosmických tìles, umìlých satelitù Zemì, které lze v pøípadì poruchy opravit jen velmi nákladnými metodami. Technické údaje pøijímaèe Kmitoètový rozsah: 137 až 141 MHz, plynule v kroku 10 khz. Funkce SCAN: 137,00-137,30-137,40-137,50 -

3 Praktická elektronika A Radio - 10/2002 Obr. 1. Schéma zapojení pøijímaèe RX 137 až 141 MHz

4 137,62-137,85-141,00 MHz. Mezifrekvenèní kmitoèty: 10,7 MHz a 455 khz. Vstupní citlivost: 0,6 µv (rms-typ.) pro 12 db SINAD. Výstupní signál: tón 2400 Hz s amplitudovou modulací (èerná 5 % a bílá 87 %). Displej: LCD jednoøádkový, 16 zobrazovaných míst. Proudový odbìr: 70 ma, (s konvertorem 250 až 500 ma). Zdroj napájení: externí stabilizovaný adaptér (9 až 12 V/500 ma - pøíprava pro pøipojení konvertoru). Schéma zapojení je na obr. 1. Zapojení pøijímaèe bylo pùvodnì vyvinuto pro radioamatérské pásmo 144 až 146 MHz a bylo popsáno v pøíloze èasopisu PE Electus 1999 [3]. Pøijímaè byl øešen jako superheterodyn s dvojím smìšováním. Celková konstrukce pøijímaèe byla zjednodušena volbou integrovaného obvodu MC3362P (IC1) firmy Motorola [5], který v sobì obsahuje všechny potøebné prvky moderního pøijímaèe FM, vèetnì kapacitní diody. K obvodu staèí pøipojit rezonanèní obvod oscilátoru pro 1. smìšování, dva keramické filtry, krystal pro oscilátor 2. smìšování, demodulaèní rezonanèní obvod, nìkolik málo dalších pasivních souèástek a na vstup pøipojit pásmovou propust. Pøi napájecím napìtí min. 2 až 5 V získáte vynikající a jednoduchý pøijímaè [2, 8]. Vstupní obvody Signál z antény (nebo pozdìji i konvertoru Meteosat) je pro impedanèní pøizpùsobení vstupu pøivádìn na kapacitní dìliè C2, C3. Dìliè ve spojení s L1 tvoøí první ladìný obvod, jehož horký konec je pøipojen na T1 - dvoubázový tranzistor MOS-FET, nejlépe nízkošumový typ BF982. T1 zajiš uje dostateèné zesílení vstupního signálu. Rezistor R3 úèinnì potlaèuje sklon vstupního zesilovaèe ke kmitání, avšak zmenší se tím celkové zesílení. Rezistor R3 mùžete pro zvìtšení vysokofrekvenèního zesílení zamìnit za drátovou propojku a na vývod D tranzistoru T1 navléct feritovou perlièku z nf materiálu. Moje pokusy nebyly patrnì pro nedostupnost vhodných feritù úspìšné. Vymìnil jsem nìkolik druhù nf feritù, avšak žádný oscilace zcela neutlumil. Signál za rezistorem R3 je dále filtrován v pásmové propusti L2, C5; L3, C8; L4, C11+C12 s šíøkou pásma propustnosti pøibližnì 4 MHz. Kritická vazba mezi obvody propusti je nastavena kondenzátory SMD C6 + C7 a C9 + C10. Pøes kapacitní dìliè C11 + C12 signál postupuje na vstup prvního smìšovaèe v IC1, kam je pøivedena i injekce signálu z oscilátoru (L5, C33). Oscilátor PLL Kmitoèet oscilátoru pro první smìšovaè je stabilizován kmitoètovým syntézátorem Philips SAA1057 (IC4). Jedná se o jednoèipový syntezátor urèený pro ladìní rozhlasových pøijímaèù v pásmech VKV a støedních vln [6]. Pravda, je již vyrábìn od roku 1983, ale kupodivu je stále bìžnì dostupný na trhu a hlavnì za pøijatelnou cenu. V zapojení na obr. 1 s ladicím napìtím max. 4,5 V se dokáže syntezátor pøeladit od 110 do 150 MHz. Na vývod 7 obvodu IC4 je pøivedeno z napájecího zdroje ladicí napìtí (max. 5,5 V). R14, C25 a C26 jsou pasivní souèástky fázového detektoru, C27 slouží k filtraci vnitøního stabilizovaného napìtí. Stabilita PLL je urèena filtrem, zapojeným na vývody 5 a 6 obvodu IC4. R15, R16, C28, C31, C56, C57 urèují èasovou konstantu aktivní dolní propusti, která je souèástí èipu. Zde je vhodné vìnovat zvýšenou pozornost doporuèeným hodnotám souèástek. Na vývod 23 IC1 je pro vnitøní kapacitní diodu pøivedeno ladicí napìtí z obvodu PLL. Signál z prvního oscilátoru obvodu v IC1 (oscilátorového bufferu) je pøiveden pøes oddìlovací kondenzátor C35 na vstup 8 (FFM) do vstupního pøeddìlièe syntezátoru IC4. Zde je také možné kontrolovat kmitoèet èítaèem. Ve vìtšinì aplikací obvodu SAA1057 urèuje referenèní kmitoèet interní oscilátor 4 MHz, øízený zvnìjšku pøipojeným krystalem na vývod 17 (X). Ve schématu pøijímaèe bylo zvoleno úsporné zapojení se spoleèným krystalem referenèního kmitoètu pro PLL i mikropoèítaè. Krystal X1 je souèástí zapojení oscilátoru v IC3 a pro obvod IC4 je referenèní kmitoèet pøiveden pøes kondenzátor C24 a rezistor R11. Pro první smìšování se používá signál s kmitoètem o 1. mezifrekvenci (10,7 MHz) nižší. Pro základní rozsah pøíjmu od 137,0 do 141 MHz tedy generuje syntezátor kmitoèty od 126,3 do 130,3 MHz s krokem 10 khz. Výsledný kmitoèet oscilátoru PLL je možné jemnì doladit kapacitním trimrem C21. Øídicí slovo a slovo pro nastavení dìlicího pomìru dostává syntezátor IC4 pøes vstupy CLB, DLEN, DATA z mikroprocesoru IC3 po tøívodièové sbìrnici C-BUS, která je vyvedena i na konektor PC-BUS pro další experimenty. Mezifrekvenèní stupeò Oscilátor kmitá o mezifrekvenèní kmitoèet 10,7 MHz níže. Rozdílová složka (f IN - f OSC ) prvního mezifrekvenèního kmitoètu 10,7 MHz je zesílena ve vnitøním zesilovaèi IC1 a je pøivedena na keramický filtr F1. Byl zvolen bìžný typ murata 10,7 MHz/180 khz. Po vyfiltrování je signál pøiveden do 2. smìšovaèe, ve kterém je smìšován se signálem o kmitoètu 10,245 MHz (oscilátor s krystalem X2), výsledná rozdílová složka (455 khz) je filtrována v keramickém filtru F2, jehož šíøka pásma propustnosti by vzhledem ke kmitoètovému zdvihu modulace signálù z NOAA (±17 khz) mìla být okolo 40 až 50 khz. Na trhu je dostupný pouze keramický filtr 30 khz (murata/455/b), ukázalo se však, že na výsledném obraze je toto zúžení nerozpoznatelné. Zásadní vliv na kvalitu dekódovaného obrazu mají parazitní modulace 1. oscilátoru, které se pak uplatní v nosném kmitoètu 2,4 khz (výstup APT/WEFAX signálu z demodulátoru) a vytváøejí moaré ve výsledném obraze. Zvýšenou pozornost musíme vìnovat návrhu zpìtnovazební smyèky PLL tohoto oscilátoru (potlaèit fázový šum). Za filtrem F2 je signál zesílen ve vnitøním omezovaèi, s výstupem na kvadraturní demodulátor, který pracuje s rezonanèním obvodem L6, C19, zatlumeným rezistorem R6. Pro nezkreslenou demodulaci je potøeba, aby mìla lineární charakteristika demodulátoru šíøku nejménì 40 khz, proto byla zvolena hodnota tlumicího rezistoru 39 kω. Pøi pøíjmu pouze WEFAX signálu z ME- TEOSAT staèí šíøka okolo 20 khz (kmitoètový zdvih ±9 khz). Nf koncové stupnì Z vývodu 13 obvodu IC1 prochází demodulovaný nízkofrekvenèní signál - tón 2,4 khz jednoduchým filtrem, tvoøeným R19, C37, C38, který potlaèí nežádoucí produkty. Za filtrem je signál rozdìlen do dvou vìtví - na potenciometr P2, z nìhož postupuje signál na nízkofrekvenèní zesilovaè IC2 s výstupem na reproduktor a na pøedzesilovaè IC6 pro dekodér tónu 2,4 khz s obvodem IC7 a také na výstup pro zvukovou kartu PC. Dekodér tónu 2400 HZ Tónový dekodér [14] byl do pøijímaèe zaøazen po úvahách o možných úpravách programového vybavení pro pùvodní pøijímaè z [3, 12]. Pohledem do tabulky pøeletových èasù jednotlivých satelitù a kmitoètù, na kterých vysílají, zjistíme, že je nutné, aby pøijímaè v režimu APT automaticky prohledával pásmo 137 až 141 MHz a zastavil se jen na signálu na anténì, který po demodulaci obsahuje tón 2400 Hz, a nikoliv na náhodném rušení. Byl zvolen jednoduchý algoritmus: pøijímaè po zapnutí uskuteèní test a zastaví se na prvním kanálu, jehož signál je modulován tónem 2400 Hz. Po západu satelitu za obzor se signál modulovaný tónem ztratí v šumu a pøijímaè je opìt pøelaïován po pásmu a zastaví se až na signálu s oèekávanou modulací tonem 2400 Hz. Spolehlivì požadovanou funkci splnil pouze integrovaný obvod NE(SE)567 (IC7). Jakmile se na vstupu tónového dekodéru objeví signál, je porovnáván s kmitoètem vnitøního oscilátoru, pøi shodì se výstup 8 obvodu IC7 nastaví na úroveò L a dioda D1 se rozsvítí. Logický signál z výstupu 8 je veden alternativnì pøes pøepínaè JP3 na vstup mikroprocesoru SQ-OUT, kterým je ovládán režim automatického vyhledávání signálù v pøijímaném pásmu (SCAN). Kmitoèet vnitøního oscilátoru nastavíme hrubì kondenzátorem C55 a pøesnì na hodnotu 2400 Hz trimrem R25. Šumová brána Prùvodním jevem poslechu slabých FM signálù nebo provozu pøijímaèe mimo naladìnou stanici je nepøíjemný šum v reproduktoru. Proto je nedílnou souèástí každého pøijímaèe šumová brána (squelch - SQL), která pøeruší cestu nf signálu do zesilovaèe za nepøítomnosti dostateèné úrovnì vf signálu na vstupu. Stejnosmìrná složka nf signálu z vývodu 10 (MetDriv) obvodu IC1 je pøivedena pøes R4 na potenciometr P1, kterým lze nastavit práh citlivosti šumové brány (squelch - SQL). Hladina, kdy SQL vypíná, je urèena polohou potenciometru P1, který je pøes rezistor R4 pøipojen na vývod 10 (MetDriv) obvodu IC1. V levé krajní poloze jezdce potenciometru P1 je SQL vyøazena a natáèením høídele potenciometru doprava se zvyšuje hladina, kdy SQL vypíná, až do stavu, kdy je SQL zcela uzavøena. Na vývodu 11 (Carrier Detect) IC1 je pøítomen øídicí signál pro spínaè šumové

5 Obr. 2. Anténa Turnstile (celkový pohled na fázování pro pravotoèivou kruhovou polarizaci) brány v úrovni 2,8 V (bez signálu, nebo nosná se šumem) nebo okolo nuly (signál bez šumu) s vazbou na nastavení P1. Hladina sepnutí je nastavena polohou potenciometru P1. Øídicí signál je po inverzi pøiveden z kolektoru tranzistoru T2 na vývod 8 obvodu IC2. Cesta nf signálu pøes IC2 (zesilovaè nf koncového stupnì) je pøi nulové úrovni øídicího napìtí na vývodu 11 obvodu IC1 uvolnìna a tranzistor T3 v závislosti na nastavené hladinì šumové brány generuje logický signál L pro SQ OUT. Pøi vypnuté SQL je na kolektoru tranzistoru T2 a na vývodu 8 obvodu IC2 napìtí 1,25 V a nf signál prochází bez pøerušení. Když budeme pøi konstantním vf napìtí na anténních svorkách otáèet høídelí potenciometru P1 doprava, dosáhneme stavu, že SQL pøeklopí a na kolektoru T2 se objeví napìtí v okolí nuly, nf cesta se uzavøe (MUTE). Mírným zvìtšením vf napìtí na vstupu se SQ opìt pøeklopí a uvolní nf cestu a na kolektoru T2 namìøíme opìt 1,25 V. Tato vlastnost zapojení SQ byla využita i pro realizaci automatického vyhledávání signálù v pøijímaném pásmu (SCAN). Byl pøidán tranzistor T3, který invertuje signál SQL, a z jeho kolektoru je vedena zmìna logické úrovnì L/H na vstup P3.0 (SQ OUT) mikroprocesoru IC3. Øídicí program procesoru pak zaøídí zbývající (viz kapitola Nastavení pøijímaèe). Experiment s obvodem AFC Zapojení pøijímaèe bylo oproti pùvodnímu pramenu v literatuøe [2, 3, 12] experimentálnì doplnìno o AFC, jehož pùsobení dolaïovalo kmitoèet referenèního oscilátoru s krystalem X1. Odchylka stejnosmìrné složky napìtí na kvadraturním demodulátoru z vývodu 13 obvodu IC1 byla pøivedena do invertujícího vstupu operaèního zesilovaèe TL071 a z jeho výstupu na dvojicí kapacitních diod KB105G, kterými byl nahrazen kapacitní trimr C21 v obvodu referenèního oscilátoru s X1. Vzhledem k velmi dobré stabilitì PLL nebyla pøi aplikaci AFC pozorována jakákoliv zmìna kvality výsledného obrazu, a proto pøi požadavku na co nejjednodušší konstrukci byl obvod AFC ze zapojení vypuštìn. Pro zájemce o zapojení s AFC je schéma zapojení dostupné na webových stránkách autora. V souvislostí s aplikací AFC je vhodné upozornit na Dopplerùv posun kmitoètu: jev lze pozorovat, pøibližuje-li se k vám zdroj, který vyzaøuje vf energii, v našem pøípadì meteosatelit, vnímáte jeho kmitoèet jako vyšší, vzdaluje-li se od vás, pak vnímáte jeho kmitoèet jako nižší, než ve skuteènosti kmitoèet vyzáøeneho signálu je. Velikost Dopplerova Obr. 3. Anténa Turnstile s reflektorem posunu kmitoètu je pro orbitální satelity maximálnì 5 khz (což pøi použití dostateènì širokých mf filtrù leží stále v jejich propustném pásmu), takže malý posun stejnosmìrné složky demodulovaného signálu nezpùsobuje viditelné zkreslení výsledného obrazu. Anténa Základním požadavkem pro jakostní pøíjem signálù z meteorologických satelitù je použít kvalitní všesmìrovou anténu. Polární meteosatelity jsou stabilizovány rotací a vysílají s pravotoèivou kruhovou polarizací, takže bìžnou anténu Yagi nebo GP nelze použít. Signál pøi poslechu v reproduktoru bude sice pøijímán bez šumu, ale pøi sledování obrazu po dekódování zjistíte jeho naprostou nepoužitelnost. Avšak postavit kvalitní anténu je v možnostech každého z nás. Jsou používány dva základní typy: Turnstile a Quadrifillar Helix. První z použitelných antén jsou vlastnì jen dva zkøížené dipóly (viz obr. 2), sfázované pro pravotoèivou kruhovou polarizaci. Turnstile anténa je zpravidla sestavována ve dvou variantách. Základní typ antény je sestaven pouze ze dvou dipólù délky lambda/2 (nejlépe použijte hliníkové nebo duralové trubky tlouš ky 8 až 12 mm), vzájemnì orientovaných v úhlu 90. Oba dipóly jsou propojeny smyèkou, tvoøenou koaxiálními kabely RG58 a RG59, zapojenou podle obr. 2. Druhá varianta antény je rozšíøena o reflektor, tvoøený dvìma trubkami délky 1060 mm, vzájemnì pootoèenými o 90, orientovanými ve shodì s dipóly (záøièi), viz obr. 3. Vzdálenost reflektoru a záøièe zvolíme experimentálnì. Na obr. 4 si prohlédnìte smìrové diagramy pøíjmu pro vzdálenosti 1/4 λ a 3/8 λ. Z obrázku je patrné, že anténa se smìrovým diagramem pro vzdálenost prvkù 3/8 λ má pøíznivìjší vlastnosti pro pøíjem signálù ze vzdálených satelitù, (které se nám objevují na horizontu pod malým elevaèním úhlem). Naopak, pro satelity prolétávající po dráze s elevaèním úhlem nad 70 se jeví jako vhodnìjší anténa s prvky vzdálenými pouze 1/4 λ. Sám používám variantu 3/8 λ a chystám se postavit si anténu Quadrifillar Helix. Tu si mùžete prohlédnout na obr. 5 a výrobní postup prostudovat na adrese nebo také na adrese: Obr. 4. Anténa Turnstile s reflektorem (polární charakteristiky) ntlworld.com/phqfh1/qfh_diy_guide.htm. Tato anténa má rovnomìrnìjší smìrový diagram pøíjmu a vykazuje o poznání kvalitnìjší pøíjem meteosignálù a hlavnì ji lze provozovat i na pohyblivých objektech, napøíklad jachtách, brázdících Støedozemním moøem. V literatuøe je uvedena øada stavebních popisù na jednodušší mechanické provedení (avšak pro krátkodobé sezónní použití [21]) nebo na výrobu z mìdìných topenáøských trubek [22, 23]. Anténa bývá umístìna co nejvýše nad horizontem, nejlépe nad støechou domu nebo na volném prostranství. Byly provádìny i experimenty s Turnstile anténou, umístìnou na balkónì panelového domu. Pøíjem byl však omezen a satelity prolétávající pod nízkým nebo vysokým elevaèním úhlem by byly stínìny budovou nebo balkónem. Zkrátka: lze pøijímat jen signály, na které anténa vidí. Ve spojení s popisovaným pøijímaèem byla prakticky vyzkoušena anténa Turnstile, která je nainstalována na ploché støeše budovy vysoké 40 metrù a umožòuje velmi kvalitní pøíjem signálù ze všech smìrù. Pokud máme sedlovou støechu, krytou nekovovými materiály, mùžeme anténu umístit rovnou dovnitø budovy. Nejkratší délky kabelu dosáhneme, když anténu prostì zavìsíme do vhodného místa pùdního prostoru a koaxiální napájeè svedeme k pøijímaèi pøes vhodný technologický otvor uvnitø domu. Stavební návody na výrobu nìkolika typù Turnstile antén si aktuálnì vyhledejte na webových stránkách autora. Výkres na stavbu jednoduché antény ze zbytku novodurové trubky a kovových prvkù z hliníkové trubky byl uveden v literatuøe [20]. Její stavbu zvládne i zaèáteèník. Naopak stavbu antény Quadrifillar Helix lze zvládnout pouze v dobøe vybavené mechanické dílnì. Obr. 5. Quadrifillar Helix (celkový pohled) Praktická elektronika A Radio - 10/2002

6 Obr. 6. Deska s plošnými spoji pøijímaèe Anténní svod koaxiálním kabelem Tady je každa rada doslova drahá. Ceny koaxiálních kabelù strmì rostou s jejich kvalitou, takže musíme zvolit vhodný kompromis a poøídit si buï kvalitní kabel, ve kterém budou ztráty na trase v únosné výši, nebo kabel s vìtším útlumem signálu a ztráty krýt zesílením vhodným pøedzesilovaèem. Pro ilustraci uvedu, že v pásmu 137 MHz s koaxiálním kabelem RG58 nebo RG59 budou na délce 100 m už neakceptovatelné ztráty 17 až 18 db, kabel RG213U je vhodným kompromisem se ztrátou 7,9 db/100 m a s kabelem ECOFLEX nebo AIRCOM PLUS dosáhneme na 100 m kabelu útlum pouze 3 až 4 db. (Pokraèování pøíštì)