PŘÍJÍMAČ FM 137 - 141 MHz

superheterodyn s dvojím směšováním a pll

( SATELITY METEOSAT 7, NOAA, METEOR, RESURS... )

Následující text je určen mírně pokročilým radioamatérům (nejen věkem) a popisuje stavbu FM přijímače pro zajímavé pásmo 137 - 141 MHz, kde jsou vysílány  obrázky z kosmu meteorologickými satelity (pohledy na Zemi ze vzdálenosti 850 km nebo 36000 km). 


STAVEBNÍ NÁVOD

[ Česká verze ]   [ English version ]  [ Index ]  [ Konvertor 1691 - 1694,5 MHz ]  [

20_01_rx137141567_stavebnice.jpg
19_02_rx137141567_dps_bot.jpg
18_03_x137141567_dps_top_smd.jpg
17_04_137141567__lc_flt.jpg
16_05_rx137141567_dps_osaz.jpg
15_06_rx137141567_lc_flt.jpg
14_07_rx137141567_lcd_panel1.jpg
13_08_rx137141567_lcd_panel2.jpg
12_09_rx137141567_lcd_panel3.jpg
11_10_rx137141567_all1.jpg
10_11_rx137141567_all2.jpg
09_12_rx137141567_all3.jpg
08_13_rx137141567_zdroj5v.jpg
07_14_rx137141567_pin567.jpg
06_15_rx137141567_updown.jpg
05_16_rx137141567_front.jpg
04_17_rx137141567_zezadu.jpg
03_18_rx137141567_zepredu.jpg
02_19_rx137141567_zezadu_bopla.jpg
01_20_rx137141567_zepredu_bopla.jpg

 

Základní popis technických parametrů přijímače

 Kmitočtový rozsah:  137 - 141 MHz
 Krok kmit. syntetizátoru:  10,0 kHz
 Vstupní citlivost:  0,6uV (rms-typ.) pro 12dB SINAD
 Mezifrekvenční kmitočty:  10,7 MHz a 455 kHz
 Šířka pásma propustnosti:   30 kHz/ - 3 dB
 Napájení:   DC 9 V (max.12 V)
 Proudový odběr:   85 mA, podle nastavené hlasitosti
 Napájecí konektor:   3 mm (+ pól uprostřed v kolík!!!)
 Automat. vyhledávání stanic (PLL FILTR):  Ano (2400 Hz)
 Šumová brána:  Ano
 Displej:  LCD 1x16 znaků
 Výstupy NF:  Repro 8 - 25 ohm, line SB zvuk. karta
 Reproduktor:  8 - 25 Ohmů
 Rozměry modulu přijímače:   140x130x45 mm

ÚVOD

Příjem informací z meteorologických satelitů v kmitočtovém pásmu  velmi krátkých vln se stal zajímavým hobby pro tisíce radioamatérů skutečně na celém světě. Kdo z vás jste zadali do některého vyhledávače informací na Internetu například hesla NOAA, 137 MHz, WEFAX, Meteosat, Meteor … potvrdíte, že jste obdrželi stovky odkazů na nejrůznější stránky výrobců zařízení, prodejců, profesionálních uživatelů a hlavně zájemců z řad amatérů. Naleznete tam i odkaz http://www.rig.org.uk/ který vás zavede na stránky redakce anglického časopisu RIG, jehož obsah je plně věnován dané problematice. V České republice se rozšířil okruh uživatelů kmitočtového pásma v okolí 137  MHz hlavně díky publikacím Radka Václavíka OK2XDX v časopisech Praktická elektronika [1]. Podle mých informací je z okruhu služebně nejstarším a i dnes aktivním radioamatér Jiří Borovička OK1BI, který si sestavil přijímací zařízení již v roce 1972, jež pochopitelně nemělo technické parametry dosažitelné s dnešní součástkovou základnou a obraz nebyl generován za podpory kvalitních dekodovacích programů pro osobní počítače. Jiří obrázky “dekódoval” technologií sedmdesátých let - vykreslováním na osciloskopu s obrazovkou středního dosvitu a zaznamenával fotografickou kamerou Polaroid  [9]. Možná je vhodné pro úplnost dodat, že v roce 2000 jsme si připomenuli 40. výročí  přenosu prvního “televizního” obrázku z vesmírného satelitu, kterým byl TIROS 1 a stalo se tak dne 1. dubna 1960. Obrázek byl nevalné kvality ale zahájil éru kosmického výzkumu zemského povrchu, kdy dnes rozlišení na obrázcích běžně dosahuje řádu metrů. Bližší informace naleznete na stránkách agentury NOAA na adrese: http://www.earth.nasa.gov/history/tiros/tiros.html .

Satelity NOAA (USA  - National Oceanographic and Atmospheric Administration) a METEOR (Rusko), které budou předmětem našeho zájmu, se pohybují na polárních dráhách kolem Země,  ve vzdálenosti 800 – 1200 kilometrů a přelétávají nad jedním místem denně v přibližně stejné době  [23]. Satelity při každém obletu míjejí severní nebo jižní pól, odtud název polární. Přesnou dobu přeletu lze určit výpočtem z „kepleriánských prvků“, kterými je popsána aktuální dráha zvoleného satelitu. K výpočtu doby přeletu, kdy se satelit objeví na našem horizontu a zase zmizí za horizontem nám dnes slouží řada programů pro osobní počítač. Sám nejčastěji používám v prostředí Windows jednoduchý program SatWin v české verzi, jehož autorem je [24],. Ekvivalent programu SatWin byl napsán i pro operační systém MS-DOS, provozovaný na starších počítačích typu DX486. Oba programy si můžete stáhnout i s aktuální sadou kepleriánských prvků na adrese: http://www.emgola.cz/ , kde naleznete i mnohé další podrobné aktuální  informace o aktivitách satelitů, jejichž signály můžeme zachytit a dekódovat přijímačem, který je popsán  dalším textu. Vysílání snímků z polárních orbitálních satelitů neobsahuje pro uživatele v našich zeměpisných šířkách žádný začátek ani konec. Vysílání probíhá bez přestávky po celou dobu přeletu. Nejprve, kdy se satelit objeví na obzoru, je okraj přijímaného snímku zašumělý a postupně se rozlišení detailů v obraze zvyšuje. Na konci dráhy přeletu přijímaný signál slábne, obraz se začne ztrácet v šumu a satelit  „zapadá“ za horizont.

Inklinace (je to úhel, jejž svírá rovina dráhy družice s rovinou rovníku) družice, jež by prolétávala nad oběma póly (po takzvané polární dráze), má inklinaci 90 o) amerických meteosatelitů NOAA 10-16  je 98°, doba obletu přibližně 102 minut a výška obletu 820 až 850 km.Vysílání snímků z NOAA satelitů se skládá z řádků trvajících 0.5s korespondujících s údaji snímačů. Ty poskytují jeden snímek zemského povrchu obsahující data ze dvou kanálů. Na kanále A se vysílá snímek ve viditelné části spektra (VIS) a na kanále B snímek v infračervené části (IR). Každý řádek obsahuje data z obou kanálů (časový multiplex) a skládá se ze sekvence oddělovacích tónů proložených modulací snímku. Data v kanálu A předchází krátký puls 1040Hz a podobně data v kanálu B předchází krátký puls 832Hz. Každý řádek také obsahuje kalibrační sekvenci. Díky tomu dokáže potom používaný SW pro dekódování zobrazit pouze zvolený typ snímku či snímek zasynchronizovat na okraj obrazovky. Další informace můžete nalézt na www adrese: http://www.noaa.gov/ . Aktuální informace o Ruských satelitech řady METEOR naleznete www adrese: http://sputnik.infospace.ru/meteor/engl/meteor.htm . Tyto satelity mají vyšší orbitu než satelity NOAA (1200 km). Inklinace satelitů METEOR je 82° a doba obletu 115 min. Systém vysílání snímku METEORů je kompatibilní, ale poněkud odlišný od vysílání satelitů NOAA. Modulace je podobná, ale snímek obsahuje pouze jeden obrázek ve vyšším rozlišení. Okraje řádků obsahují sady fázovacích čar (střídají se černá a bílá), čáry označující konec obrázku a stupnici šedi. Snímky v infračerveném spektru potom neobsahují na okrajích řádků stupnici šedi. Navíc jsou tyto snímky proti snímkům z NOAA invertované. Na snímcích ze satelitů NOAA jsou teplejší místa zobrazena tmavším odstínem a chladnější místa jsou světlejší. U snímků ze satelitů METEOR je to naopak, teplá moře jsou bílá a chladná oblačnost je černá.

WEFAX (Weather Faximile)  – tento starý systém pro přenos černobílé obrazové informace standardním audiokanálem, kdy změna amplitudy (sub-)nosné 2400 Hz vyjadřuje úroveň jasu „videosignálu“, je používán dodnes. Maximum modulace (černá) není nula, ale asi 5%, bílá potom 87%. Tento složený audio signál je potom frekvenčně modulován na hlavní nosnou, např. 137,50 MHz u satelitu NOAA 15.

Po demodulaci přijímačem FM tedy dostaneme amplitudově modulovaný tón 2400 Hz, který pak dále zpracováváme SW dekodérem v osobním počítači. Obraz můžeme zpracovávat okamžitě – v průběhu příjmu aktuálního snímku, nebo odloženě, kdy provedeme zápis do zvukového souboru na kvalitním záznamníku (nejlépe se osvědčil minidisk). Pokud odjíždíme na dovolenou do vzdálených zemí, vybavíme se přenosnou a snadno demontovatelnou anténu Quadrifillar Helix podle [19],  k popisovanému rádiu si přibalíme minidisk a můžeme tam snímat pro nás exotické obrazy z libovolných meteosatelitů. Po návratu můžeme kdykoliv dekódovat zvukové záznamy WEFAX z minidisku vhodným programem v osobním počítači.

Jen pro upřesnění je nutno dodat, že systém vysílání meteorologických snímků označovaný jako WEFAX není kompatibilní se systémem FAX používaným na krátkých vlnách [25] ! U systému FAX se přenáší jasová informace frekvenční modulací (FM). To znamená že vysílač (např. v Evropě kvalitně slyšitelný na 7880 kHz) je naladěn mez dvěma kmitočty změnou kmitočtu z nichž jeden odpovídá černé barvě (modulační kmitočet 1500 Hz) a druhý bílé barvě (modulační kmitočet 2300 Hz). Při přenosu polotónových obrázků se kmitočet vysílače plynule posouvá mezi kmitočty pro černou a bílou barvu. Poloviční rozdíl mezi kmitočtem pro černou a bílou barvu se nazývá odchylka signálu (signal deviation). Pro krátkovlnný přenos je standardně používána odchylka 400 Hz  a 150 Hz pro přenos na dlouhých vlnách. U systému WEFAX se informace o jasu obrazu přenáší změnou amplitudy (AM). První prakticky použitelné experimenty v tomto oboru byly prováděny již před 75-ti lety, kdy si předávali „obrazovým rádiem“ C. Francis Jenkins z Washingtonu a Max Dieckmann z Mnichova, jednoduché obrázky povětrnostních map pro námořní dopravu.

 

ZÁKLADNÍ POPIS PŘIJÍMAČE RX-137-141

Základním prvkem přijímací soupravy je přijímač frekvenčně modulovaného signálu v pásmu 137 MHz. Popsaný přístroj umožňuje kvalitní příjem z polárních meteosatelitů NOAA, METEOR a dalších. Po doplnění o konvertor z 1691 MHz na 137.50 MHz je vhodný i pro příjem geostacionárního satelitu METEOSAT 7. Skládá se z přijímače pro širokopásmovou FM (šířka pásma 30 kHz), z jehož výstupu je nízkofrekvenční signál WEFAX veden do zvukové karty osobního počítače. Kmitočtový syntezátor PLL a displej LCD je řízen mikropočítačem ATMEL.

Bohužel - běžné typy přijímačů pro úzkopásmovou FM v pásmu 137 - 172 MHz se od přijímačů pro příjem WEFAX signálů z meteosatelitů liší hlavně v šířce filtrů mezifrekvenčního zesilovače a případně ve smyčce AFC pro potlačení Dopplerova jevu. Přijímat a dekódovat data WEFAX je možné i s běžným scannerem či stanicí určenou pro úzkopásmovou FM. Úzké filtry však způsobí zkreslení signálu a výsledný snímek není potom kvalitní. Postrádá veškeré ostré kontury (obrysy světadílů, nápisy) a nemusí se správně zasynchronizovat ani dekódovací program  v osobním počítači.

Pro zajištění kvalitního signálu je doporučená šířka pásma 30 až 50 kHz. Proto je nezbytné  si pro kvalitní příjem takový přijímač opatřit koupí hotového výrobku, nebo sestavit podle stavebního návodu ze sady součástek. 

Pro příjem všech satelitů je nejvhodnější volba přijímač s kmitočtovou ústřednou (PLL), pracující na kmitočtech 137.300 až 141 MHz s krokem 10 kHz nebo 5 kHz a s odpovídající šířkou mezifrekvenčních filtrů. Ideální je, aby byl přijímač schopen potlačit Dopplerův jev obvodem AFC, není to však podmínkou. 

Polární satelity vysílají signály v rozsahu 137.30 – 137.85 MHz a tedy vystačíme s úzkým kmitočtovým rozsahem. Z praktických důvodů byl zvolen dolní kmitočet 137.00 MHz a horní kmitočet 141 MHz. Nad 137,85 MHz již nezachytíme žádné vysílání z meteorologických satelitů, avšak kmitočet 141 MHz nám umožní pozdější připojení konvertoru pro METEOSAT 7 a zpracování informací z obou kanálů na 1691 MHz (první kanál po konverzi na kmitočet 137,50 MHz) a 1694,5MHz (druhý kanál po konverzi na kmitočet 141,00 MHz). Další pokračování textu stavebního návodu naleznete na CD-ROM, která je součástí prodávané kompletní stavebnice.

Zde si prohlédněte kompletní schéma zapojení přijímače a zde jeho osazovací schéma

Stavebnici s velmi podrobným stavebním návodem s bohatou fotodokumentací detailů i celku na CD-ROM i můžete objednat na adrese:  

Ing. Miroslav Gola - EMGO, Areál VÚHŽ a.s., č. 240, 73951 Dobrá, tel. 0658 601 471, 0602 720424

emgo@iol.cz   nebo   emgo@vuhz.cz

Zde si prohlédněte aktuální informace o distrubuci v ceníku na www stránkách EMGO... nebo v časopise Praktická elektronika 10 - 12 / 2002

 


Copyright 2000, 2001, 2002, 2003  emgo@iol.cz