ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE Návrh prijímača na príjem ... - Utc.sk

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE
Elektrotechnická fakulta
Katedra radiokomunikácií
Návrh prijímača na príjem NOAA satelitov
Maxim MIZOV
2006

Návrh prijímača na príjem NOAA satelitov
DIPLOMOVÁ PRÁCA
MAXIM MIZOV
ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE
Elektrotechnická fakulta
Katedra telekomunikácií
Študijný odbor: TELEKOMUNIKÁCIE
Vedúci diplomovej práce: Doc. Ing. Rudolf Hronec, PhD.
Stupeň kvalifikácie: inžinier (Ing.)
Dátum odovzdania diplomovej práce: 19. 05. 2006
ŽILINA 2006

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE, ELEKTROTECHNICKÁ FAKULTA
KATEDRA TELEKOMUNIKÁCIÍ
ANOTAČNÝ ZÁZNAM
Priezvisko a meno: Maxim Mizov rok: 2006
Názov práce: Návrh prijímača na príjem NOAA satelitov
ELEKTROTECHNICKÁ FAKULTA
KATEDRA TELEKOMUNIKÁCIÍ
Počet strán: 60 Počet obrázkov: 31 Počet tabuliek: 13
Počet grafov: 0 Počet príloh: 8 Počet použ. lit.: 12
Anotácia v slovenskom jazyku:
V diplomovej práci sa zaoberám návrhom prijímača pre príjem signálov z meteo-satelitu
NOAA, Mojou úlohou bolo vytvoriť funkčnú vzorku prijímača.
Anotácia v anglickom jazyku:
This graduation theses deals with the design of the receiver for receive signal from meteosatelite
NOAA. My task was to form a functional model of receiver.
Kľúčové slová:
prijímač, meteo-satelit, APT, Dopplerov jav, oscilátor, kvadratúrny detektor, USB,
JvComm32
Vedúci diplomovej práce: Doc. Ing. Rudolf Hronec, PhD.
Recenzent:
Dátum odovzdania práce: 19.5.2006

OBSAH
ZOZNAM OBRÁZKOV A TABULIEK
ZOZNAM SKRATIEK A SYMBOLOV
SLOVNÍK TERMÍNOV
ÚVOD................................................................................................................................11
1 PREHĽAD SATELITOV.............................................................................................12
1.1Rozdielenie satelitov.........................................................................................12
1.2 Výber satelitu...................................................................................................15
2 APT SYSTÉM...............................................................................................................16
2.1 AVHRR/3.........................................................................................................16
2.2 Charakteristiky APT.........................................................................................17
3 PARAMETRE SPOJA.................................................................................................20
3.1 Energetická bilancia spoja................................................................................20
3.2 Dopplerov jav...................................................................................................22
4 KONŠTRUKCIA PRIJÍMAČA...................................................................................25
4.1 Typ prijímača a jeho parametre........................................................................25
4.2 Vstupné obvody................................................................................................27
4.2.1 Vysokofrekvenčný zosilňovač...........................................................27
4.2.2 Vstupný selektívny obvod.................................................................30
4.3 Centrálny modul prijímača...............................................................................33
4.3.1 Prvý zmiešavač..................................................................................36
4.3.2 Napätím riadený oscilátor..................................................................37
4.3.3 Druhý zmiešavač a oscilátor..............................................................39
4.3.4 Demodulátor......................................................................................40

4.3.5 Zapojenie obvodu MC13135.............................................................43
4.4 Detektor 2400 Hz.............................................................................................43
4.5 Fázový záves.....................................................................................................46
4.6 Riadiaci modul..................................................................................................51
4.7 Celková schéma prijímača................................................................................54
5 PROGRAMOVÉ VYBAVENIE..................................................................................55
5.1 Ovládací program.............................................................................................55
5.2 Dekódovaci program........................................................................................57
ZÁVER........................................................................................59
ZOZNAM POUŽITEJ LITERATÚRY……………………………………………….60
ČESTNÉ VYHLÁSENIE
POĎAKOVANIE
PRÍLOHY
Príloha 1 – pomocné grafy ku kapitole 3.2
Príloha 2 – pomocný graf ku kapitole 4.2
Príloha 3 – pomocný graf ku kapitole 4.3.2
Príloha 4 – pomocná tabuľka ku kapitole 4.5
Príloha 5 – obrázky dosiek plošných spojov
Príloha 6 – obrázky dosiek plošných spojov
Príloha 7 – zoznam súčiastok
Príloha 8 – CD nosič s dátami

ZOZNAM OBRÁZKOV A TABULIEK
Obr. 1.1 Umiestnenia na orbitách GOES a POES satelitov……………………………...14
Obr. 1.2 Porovnanie snímkov GOES a POES satelitov……………………………….....15
Obr. 3.1 Vzdialenosť satelitu V od pozemnej stanice P……………………………….....20
Obr. 3.2 Pohyb satelitu V voči pozemnej stanice P………………………………….......23
Obr. 4.1 Bloková schéma prijímača………………………………………………….......27
Obr. 4.2 Vstupný VF zosilňovač………………………………………………………....28
Obr. 4.3 Porovnanie amplitúdovo-frekvenčnej charakteristiky selektívnych obvodov.....31
Obr. 4.4 Selektívne obvody……………………………………………………………....31
Obr. 4.5 Zapojenie kondenzátorov C 11 , C 10 a C vst ……………………………………......32
Obr. 4.6 Vnútorné zapojenie obvodu MC13135………………………………………....33
Obr. 4.7 Prvý zmiešavač a okolité obvody…………………………………………….....36
Obr. 4.8 Zapojenie Colpittsovho oscilátora……………………………………………....37
Obr. 4.9 Druhy zmiešavač a okolité obvody…………………………………………......39
Obr. 4.10 Štruktúra kvadratúrneho detektora………………………………………….....40
Obr. 4.11 Amplitúdová a fázová charakteristika LC obvodu v závislosti na frekvencii...40
Obr. 4.12 Demodulačná krivka Demodulátor obvodu MC13135…………………...…...41
Obr. 4.13 Výstupný filter………………………………………………………………...42
Obr. 4.15 Zapojenie obvodu MC13135………………………………………………......43
Obr. 4.16 Vnútorné zapojenie obvodu NE567…………………………………………...44
Obr. 4.17 Zapojenie obvodu NE567……………………………………………………..44
Obr. 4.18 Bloková schéma fázového závesu……………………………………………..46
Obr. 4.19 Vnútorné zapojenie obvodu SAA1057………………………………………..47
Obr. 4.20 Zapojenie obvodu SAA1057…………………………………………………..48
Obr. 4.21 Štruktúra ovládacích signálov pre obvod SAA1057…………………………..49
Obr. 4.22 Štruktúra dátových slov A a B………………………………………………...49
Obr. 4.23 Vnútorné zapojenie obvodu FT232BM……………………………………….52
Obr. 4.24 Zapojenie obvodu FT232BM………………………………………………….53
Obr. 4.25 Celková schéma prijímača…………………………………………………….54
Obr. 5.1 Štruktúra ovládacieho programu………………………………………………..55

Obr. 5.2 Hlavné okná programu JvComm32…………………………………………….57
Obr. 5.3 Porovnanie originálu prijatého a zafarbeného obrázku…………………………58
Tab. 1.1 Výpis POES satelitov s vysielaním APT a HRPT……………………………...12
Tab. 1.2 Výpis GOES satelitov…………………………………………………………..13
Tab. 2.1 Kanály AVHRR/3………………………………………………………………16
Tab. 2.2 Parametre vysielania APT satelitov NOAA…………………………………….17
Tab. 2.3 Štruktúra obrázku APT………………………………………………………...18
Tab. 2.4 Štruktúra APT riadku…………………………………………………………..19
Tab. 2.5 APT synchronizácia……………………………………………………………19
Tab. 4.1 Funkcie vývodov obvodu MC13135…………………………………………...34
Tab. 4.2 Parametre obvodu MC13135…………………………………………………..35
Tab. 4.3 Hodnoty kapacít kondenzátorov C sp , C spD , C D , C 12 a U riad v závislosti na
frekvencii…………………………………………………………………….....38
Tab. 4.4 Parametre obvodu SAA1057……………………………………………………47
Tab. 4.5 Nastavenia riadiaceho slova B………………………………………………….50
Tab. 4.6 Parametre obvodu FT232BM…………………………………………………...52

ZOZNAM SKRATIEK A SYMBOLOV
APT
EEPROM
HRPT
LED
NOAA
USB
PLL
AVHRR
AM
FM
HFA
LCF
VCO
MFA
QCO
DP
Automatic Picture Transmission – formát vysielaných obrázkov
prepisovateľná polovodičová pamäť
High Resolution Picture Transmission - formát vysielaných obrázkov
s vysokým rozlíšením
Light Emitting Diode – luminiscenčná dióda
National Oceanographic and Atmospheric Administration – družicový
systém pre sledovanie počasia
Universal Serial Bus – univerzálna sériová zbernica
Phase local loop – slučka fázového závesu
Advanced Very High Resolution Rádiometer – rádiometer s vysokou
rozlišovacou schopnosťou
Amplitúdová modulácia
Frekvenčná modulácia
High Frequency Ampfliper – vysokofrekvenčný zosilňovač
LC Filter
Voltage Control Oscillator – napätím riadený oscilátor
Middle Frequency Ampfliper – medzi-frekvenčný zosilňovač
Quartz Control Oscillator – kryštálový oscillator
Dolná Prepusť
d
R
h
L f
λ
P
G
A
Z
vzdialenosť satelit – prijímač
polomer Zeme
výška orbity satelitu
straty šírením
vlnová dĺžka
výkon
zisk
tlmenie
impedancia záťaže

µV napätie naindukovane výkonom P v záťaži Z
c
rýchlosť EM vlny
α
uhol medzi spojnicou stred Zeme – prijímač a spojnicou stred Zeme – satelit
v
rýchlosť satelitu voči prijímaču
f
frekvencia
∆f
frekvenčný posuv
Q
kvalita
L
indukčnosť
C
kapacita
R
odpor
B
šírka pásma
V
napätie

SLOVNÍK TERMÍNOV
geostacionárna obežná dráha - špeciálny typ obežnej dráhy, pre ktorú platí, že
excentricita e=0, čo predstavuje kruhovú obežnú dráhu
s inklinačným uhlom i=0°
polárna obežná dráha - špeciálny typ obežnej dráhy, pre ktorú platí, že
satelit obieha Zem po dráhe, ktorá prechádza cez polárne oblasti
meteosatelity - satelity sledujúce zmeny a vývoj počasia na Zemi
orbita - obežná dráha družice okolo Zeme
satelit - umelá obežnica, družica
prijímač - zariadenie umožňujúce príjem rádiových signálov
Dopplerov jav - zvýšenie alebo zníženie prijímanej frekvencie v závislosti na rýchlosti
a smere pohybu zdroja
Kvadraturny detektor - jeden z typov FM demodulátora
Oscilátor - zariadenie na generovanie frekvencie
Demodulátor - zariadenie ktoré slúži na demoduláciu signálu
Zmiešavač - zariadenie na zmiešanie dvoch frekvencií
Selektívne obvody - obvody ktoré prepustia frekvencie sa nachádzajúce v priepustnom
pásme týchto obvodov
Superheterodyn - prijímač s dvojitým zmiešavaním

ÚVOD
Ľudstvo sa vždy zaujímalo o počasie, pretože jeho aktivity boli s počasím úzko
spojené. Na správnej predpovedi počasia neriedko záviseli životy ľudí. Počasie ovplyvňovalo
aj ovplyvňovať bude prácu takých ľudí ako sú námorníci, roľníci, letci, atď. Ľudstvo sa
snažilo pozorovať zmeny počasia, aby dokázalo predpovedať, ako sa bude vyvíjať ďalej,
avšak dosť často tieto predpovede boli nepresné a dokonca chybné. V 20. storočí sa však
situácia zmenila, pretože ľudstvo sa vydalo na prieskum vesmíru. Rýchlo sa zistilo, že
kozmické lety sú dobré nielen na preskúmanie iných planét, ale aj na skúmanie Zeme. Okolo
Zeme sa začali umiestňovať rôzne satelity a medzi nimi boli aj meteorologické satelity.
Meteorologické satelity monitorujú povrch a oblačnosť Zeme a snímky vysielajú na Zem.
V dnešnej dobe okolo Zeme obieha viac ako 40 meteorologických satelitov. Systém
vysielania meteosatelitov nie je nijako špeciálne kódovaný a tým pádom prijímať
a dekódovať signály môže ktokoľvek, kto vlastní potrebný prijímač a počítač. Niektoré
družice nemajú náročný systém vysielania a tým pádom nie je potrebný zložitý prijímač pre
príjem snímkov. Začali vznikať rôzne konštrukcie prijímačov, ktoré nie sú náročné na
realizáciu. Jednu takú som popísal v tejto prací.
11

1 PREHĽAD SATELITOV
1.1 Rozdelenie satelitov
V dnešnej dobe sa na obežných dráhach Zeme nachádza viac ako 40
meteorologických satelitov ktoré sa líšia nielen svojim umiestnením okolo Zeme, ale aj
systémom vysielania dát. Pri výbere satelitu, signál ktorého chceme prijímať, musíme brať
do úvahy viacero aspektov: umiestnenie satelitu na obežnej dráhe, vysielaná frekvencia
a spôsob prenosu dát. Podľa umiestnenia na orbite môžeme meteosatelity rozdeliť na
2 kategórie: geostacionárne (GOES) a satelity, ktoré sa pohybujú po LEO dráhach cez
polárne oblasti (POES). Čo sa týka prenosu dát, satelity používajú systémy: APT (Automatic
Picture Transmition), HRPT (High Resolution Picture Transmition), Wefax (Weather fax)
a iné systémy, ktoré sú podobné týmto trom. V nasledujúcich tabuľkách je spravený prehľad
niektorých meteosatelitov.
POES HRPT
POES APT
Satelit
Frekvencia Kvalita
Režim
(MHz)
signálu
NOAA 12 137,500 APT GOOD
NOAA 14 137,620 APT GOOD
NOAA 15 137,500 APT GOOD
NOAA 17 137,620 APT GOOD
NOAA 18 137,100 APT GOOD
RESURS 137.3
O1-N4 137.4
APT GOOD
Meteor 3-5 137.3 APT GOOD
Satelit
Frekvencia Kvalita
Režim
(MHz)
signálu
NOAA 12 1698.0 HRPT GOOD
NOAA 14 1707.0 HRPT GOOD
NOAA 15 1702.5 HRPT GOOD
NOAA 16 1702.5 HRPT GOOD
NOAA 17 1707.0 HRPT BAD
NOAA 18 1698.0 HRPT GOOD
FengYun
1D
1700.4 CHRPT GOOD
Seastar 1702.5 SeaWifs GOOD
a) b)
Tab. 1.1 Výpis POES satelitov s vysielaním APT a HRPT
12

Ako vidíme tabuľke Tab.1.1a), medzi polárne satelity patrí skupina satelitov NOAA
a tak isto niektoré ruské satelity, ako napr. RESURS a METEOR. Spôsob prenosu dát je APT
a vysielanie sa uskutočňuje v oblasti 137 MHz. Systém vysielania APT je pomerne
jednoduchý a ľahko dekódovateľný, rozlíšenie je asi 4km/pxl. To, že vysielanie sa
uskutočňuje na pomerne nízkej frekvencii, má za následok relatívne jednoduchú konštrukciu
prijímača. Satelity sa pohybujú po LEO dráhach vo výškach ≈ 820-850 km pre NOAA
a 1200km pre Meteor., ktoré prechádzajú cez polárne oblasti. Doba obehu týchto satelitov je
102 min. a sú viditeľné asi 6 krát za 24 hod. Avšak doba viditeľnosti je rôzna a tak isto aj
dráhy, po ktorých sa pohybujú satelity na oblohe. V tabuľke Tab.1.1b) sú uvedené taktiež
polárne satelity, avšak spôsob prenosu dát je HRPT, ktorý ma oveľa väčšie nároky na
prijímacie a dekódovacie zariadenia, lebo je vysielaný na vyšších kmitočtoch v oblasti
1.6 GHz a sám HRPT systém je digitálny, PSK modulovaný, rozlíšenie je už 1.2km/pxl.
Satelit
Európa a Afrika
Meteosat 7 (0°)
GOES
Frekvencia (MHz) Režim
1694.5 HRI
1691,0 & 1694.5 Wefax
HRIT, LRIT
MSG-1 (10° W)
Meteosat 6 (10°E) 1691,0 HRI
Severná Amerika
1685.7 GVAR
GOES10 (135° W)
1691,0 Wefax
Ázia
Meteosat 5 (63°E)
1691,0 HRI
1691,0 Wefax
GMS-5 (140° E) 1691,0 Wefax
GOES9 (204.2°W) 1685.7 GVAR
FengYun2B (105°E) 1687.5 SVISSR
Tab. 1.2 Výpis GOES satelitov
13

V tabuľke Tab.1.2 sú uvedené satelity, ktoré sú umiestnené na GEO dráhach
vo výške 35786.1 km. Výhoda tohto umiestnenia je tá, že satelit je viditeľný stále na
jednom mieste a preto netreba mať anténu s navádzačom. Tieto satelity vysielajú na
kmitočtoch v oblasti 1.6 GHz. Spôsoby vysielania dát sú podobné APT aj HRPT.
Keď porovnáme obrázky zo satelitov GOES a POES, zistíme, že sa líšia
nielen rozlíšením, ale aj spôsobom zobrazovania. Sú odlišné preto, lebo tieto satelity
sa „pozerajú“ na Zem rôzne. Kým GOES stojí na mieste a „pozerá“ sa na rôzne
miesta pod iným uhlom, POES obieha Zem a sníma povrch priamo pod sebou.
GOES
POES
Obr. 1.1 Umiestnenia na orbitách GOES a POES satelitov
Výsledok je taký, že isté časti obrázku z GOES satelitu sú skreslené, kým obrázok z POES
satelitu skreslený nie je. Okrem toho GOES satelit zachycuje oveľa väčšie územie, ako POES
satelit. Ako je vidieť na obrázku (záber z GOES satelitu), kamerou je zachytená celá Európa
a veľká časť Afriky.
14

a) b)
Obr. 1.2 Porovnanie snimkov GOES a POES satelitov
Na obrázku Obr.1.2b) je záber z POES satelitu - ako je vidieť, už nie je zachytená taká veľká
oblasť ako pri GOES satelite. Zábery z POES satelitu, ktoré môžeme vidieť na obrázku
Obr.1.2a), ukazujú dopodrobna lokálnu situáciu, zábery z GOES satelitu zobrazujú skôr
vývoj globálnej situácie, ako podrobnú situáciu v konkrétnych oblastiach. [9]
1.2 Výber satelitu
Po zvážení parametrov vyššie uvedených satelitov a s ohľadom na požiadavku, že
konštrukcia prijímacieho zariadenia musí byť relatívne jednoduchá, sme sa rozhodli pre
POES satelity, konkrétne skupinu NOAA.
15

2 APT SYSTÉM
2.1 AVHRR/3
Družice NOAA vysielajú na 137 MHz APT signál, čo znamená Automatic Picture
Transmition. APT zabezpečuje zmenšený tok dát z AVHRR/3 (Advanced Very High
Resolution Radiometer). AVHRR/3 má k dispozícii 6 kanálov.
Číslo kanálu Rozlíšenie v nadiru Vlnová dĺžka Oblasť
1 1.09km 0.58-0.68 Denná oblačnosť a
povrchová mapa
2 1.09km 0.725-1.00 Okraje zem –voda
3A 1.09km 1.58-1.64 Detektor snehu a
ľadu
3B 1.09km 3.55-3.93 Nočná oblačnosť,
teplota povrchu
oceánov
4 1.09km 10.30-11.30 Nočná oblačnosť,
teplota povrchu
oceánov
5 1.09km 11.50-12.50 Teplota povrchu
oceánov
Tab. 2.1 Kanály AVHRR/3
Hociktoré 2 kanály sú vybrané špeciálnym príkazom na následné spracovanie a vysielanie
cez APT vysielač. Kanál vo viditeľnej časti spektra sa používa na to, aby zabezpečil
viditeľné APT obrázky cez deň a jeden kanál IR sa používa stále. Druhý kanál IR sa môže
použiť ako náhrada kanálu viditeľnej časti spektra počas preletu nad nočnou časťou planéty.
[6]
16

2.2 Charakteristiky APT
Prenos dát z AVHRR/3 sa uskutočňuje tak že dáta sa amplitúdovo modulujú na
subnosnú s frekvenciou 2400Hz. Obrázky sa vysielajú v čierno-bielej farbe, pričom hĺbka
AM modulácie odpovedá rôznym stupňom šedej. Maximum modulácie (čo zodpovedá bielej
farbe) nie je 100% ale 87% a neprevyšuje 92%, minimum (čierna farba) tak isto
nezodpovedá 0% hĺbke modulácie ale 5%. Následne je subnosná modulovaná FM na nosnú
137.50, 137.62, 137.10 MHz s kmitočtovým zdvihom ± 17 kHz.
Riadkovanie
Informačné kanály
Rozlíšenie
Modulácia
Vysielane frekvencie
Vysielaný výkon
Vyžarovaný výkon
Polarizácia
120 r./s
6 dostupných, 2 vysielane
4km/pxl
2.4kHz AM subnosná na FM nosnej
137.10, 137.50, 137.62 MHz
5W (37dBm)
36.7dBm/36 o
Pravotočivá kruhová
Tab. 2.2 Parametre vysielania APT satelitov NOAA
Obrázok pozostáva z obrázkov z kanála A a kanála B, synchronizácie
a telemetrických údajov. Snímok tvorí 128 riadkov. Jeden riadok trvá 0.5 sek. Každej
polovice snímku predchádza synchronizácia, ktorá slúži na to, aby dekódovací program vedel
rozpoznať a následné zobraziť zvlášť obrázky jednotlivých kanálov A alebo B. Dátam kanálu
A predchádza 7 impulzov s frekvenciou 1040 Hz a dátam kanálu B predchádza 7 impulzov
s frekvenciou 832 Hz. Po synchronizácii nasleduje časť medzier a minútových značiek. Po
časti medzier a minútových značiek nasleduje časť obrazového záznamu z kamery satelitu.
Ako môžeme vidieť v tabuľke Tab.2.3, poslednou časťou je časť telemetrických údajov,
ktoré slúžia na kalibráciu obrázku APT. Telemetrické údaje sa delia na 16 častí, z ktorých
každá sa skladá z 8 riadkov. Časti 1 až 14 u oboch kanálov sú úplne identické, len časť 15
(„pohľad” na absolútne čierne teleso) a 16 (identifikácia kanálu) sa líšia. [6]
17

APT video formát
dĺžka video riadku APT
0.5 sek.
Kompletný
APT
obrázok
S
I
N
C
H
R
A
M
E
D
Z
E
R
Y
A
Z
N
A
Č
K
Y
kanál A
128
riadkov
S
I
N
C
H
R
B
M
E
D
Z
E
R
Y
A
Z
N
A
Č
K
Y
Minútová značka
4 čiary
(2 biele
2 čierne)
kanál B
8 riadkov
Telemetria časť A
Telemetria časť B
Stupne
šedej 1
Stupne
šedej 2
Stupne
šedej 3
Stupne
šedej 4
Stupne
šedej 5
Stupne
šedej 6
Stupne
šedej 7
Stupne
šedej 8
Referenčný
bod
nulovej
modulácie
Teplota
termistoru
1
Teplota
termistoru
2
Teplota
termistoru
3
Teplota
termistoru
4
Teplota
Spätné
skenovanie
Kanálové
IČ
Poznámky:
1) Telemetrické údaje pozostávajú zo 16 častí
2) Jeden telemetrický obrázok sa zobrazí za 84 sek.
3) Každá telemetrická časť pozostáva z 8 riadkov
Tab. 2.3 Štruktúra obrázku APT
18

APT formát video riadku
0.5 sek.
0.25 sek. 0.25 sek.
kanál A
909 slov
kanál B
909 slov
Medzery/ minútové
značky (47 slov)
Synchronizácia A
(39 slov)
Telemetria
(45 slov)
Medzery/ minútové
značky (47 slov)
Synchronizácia B
(39 slov)
Telemetria
(45 slov)
Poznámky:
1) Ekvivalent digitálneho výstupu: 4160 slov / sek.
2) Trvanie video riadku: 2 / sek.
3) Počet video riadkov v obrázku: 128
4) Každý z 6 AVHRR kanálov môže byt vybraný k použitiu
5) Synchronizácia A: 1040 Hz obdĺžnikový priebeh- 7 cyklov
6) Synchronizácia B: 832 Hz obdĺžnikový priebeh- 7 cyklov
7) Každá zo 16 telemetrických častí pozostáva z 8 riadkov
8) Minútové značky sa opakujú v 4 riadkoch: 2 čierne a 2 biele
Tab. 2.4 Štruktúra APT riadku
APT synchronizácia
APT synch. A
(7 impulzov
1040 Hz )
Numerický
vstup pre
D/A
konvertor
APT synch. B
(7 impulzov
832 Hz )
Poznámky:
1) T=1/4160 sek.
2) Synchronizácia A predchádza dátam z kanálu A
3) Synchronizácia B predchádza dátam z kanálu B
Tab. 2.5 APT synchronizácia
19

3 PARAMETRE SPOJA
3.1 Energetická bilancia spoja
Pre návrh prijímača je veľmi dôležité poznať minimálnu citlivosť, ktorú tento
prijímač musí mať, aby ten signál dokázal spracovať. Výkon vysielača je 5W (37dBm,
7dBW). Keďže satelit obieha okolo Zeme a prijímacia stanica sa nachádza na jej povrchu,
vzdialenosť medzi satelitom a prijímačom sa mení. Predpokladáme, že satelit sa stáva
viditeľným vtedy, ak spojnica medzi satelitom a prijímačom je pod priamym uhlom ku
spojnice centra Zeme a prijímača.
P
d
V
R
h
Obr. 3.1 Vzdialenosť satelitu V od pozemnej stanice P
Satelit sa pohybuje vo výške 850 km. Polomer Zeme zoberme rovný 6378 km.
2 2 2
d = ( h + R)
− R = h + 2hR
= 3400( km)
(3.1)
Najväčšia vzdialenosť od prijímača, keď sa ešte satelit nachádza vo viditeľnej oblasti, je
3400 km. Vypočítajme teraz straty šírením voľným priestorom pre frekvenciu 140 MHz
a vzdialenosť 3400km.
⎛ 4πd
⎞
[ ]
= 20 log⎜
⎟ 145.99( dB)
⎝ λ ⎠
L f db
=
(3.2)
20

Potom výkon prijímaného signálu P r môžeme vyjadriť vzťahom:
P
r
=
P G G
t
t
Lc
r
(3.3)
P
= P
+ G
+ G
− L
r[ dBm ] t[
dBm ] t[
dBi ] r[
dBi ] C[
dB ]
(3.4)
L = L + L + A + A + L + L + L
C[ dB ] f [ dB ] FTx [ dB ] AG[
dB ] RAIN [ dB ] POL [ dB ] POINT [ dB ] FRx [ dB ]
(3.5)
kde
P t
P r
G t
G r
L c
L f
L FTx
a pod.),
A AG
- výkon vysielača,
- výkon prijímaného signálu,
- zisk vysielacej antény,
- zisk prijímacej antény,
- celkové straty,
- straty šírením vo voľnom priestore,
- straty medzi výstupom vysielača a vysielacou anténou (tlmenie napájačov, výhybiek
- tlmenie atmosférou a ionosférou,
A RAIN - tlmenie dažďom a oblakmi,
L POL
- straty spôsobené zmenou polarizácie medzi vysielacou a prijímacou anténou,
L POINT - straty spôsobené nepresným zameraním prijímacej antény na satelit,
L FRx
- straty medzi prijímacou anténou a vstupom prijímača.
Výkon vysielača P t je 5000 mW, čo je 36.98 dBm. Satelity NOAA pre vysielanie na
kmitočtoch 140 MHz používajú anténu quadrifillar Helix zo ziskom G t 6 dBi. Pretože
nepoznáme typ prijímacej antény, zvolíme si zisk prijímacej antény 0 dBi. Také straty ako
L FTx L FRx nepoznáme, lebo nie sú dostupné podrobne informácie o konštrukcii satelitu a tak
tiež nevieme, aké konkrétne pripojenie antény s prijímačom sa bude používať. Tlmenie
dažďom A RAIN sa prejavuje na frekvenciách nad 10 GHz, preto ho pri frekvencii 140 MHz
môžeme zanedbať. Straty spôsobené zmenou polarizácie kvôli efektu Faradayovej rotácii
neberieme do úvahy, pretože NOAA satelity vysielajú signál kruhovo polarizovany a tým
21

pádom signál nie je tlmený. Straty spôsobené nepresným zameraním vo výpočte zanedbáme
tiež, pretože nevieme aký presný typ antény sa použije a čí bude navádzaná alebo nie.
Tlmenie atmosférou a ionosférou A AG je závislé na dennej dobe, počasí a ročnom období.
Keďže tieto prídavné tlmenia nemáme určené presne, zvolíme si ich spoločnú hodnotu 10
dB. Citlivosť vypočítame zo vzťahu:
⎛
⎜
⎜
P + 10log *10
9
⎜Z
r[
dBm]
⎜
⎝
µV = 10 20
⎞
⎟
⎟
⎟
⎟
⎠
(3.6)
kde
P r
Z
- výkon prijímaného signálu,
- impedancia záťaže,
µV - napätie naindukované výkonom P r v záťaže Z,
Z tohto nám vyplýva že prijímač musí mať minimálnu citlivosť 0.6 µV, aby dokázal
spracovať signál zo satelitu. [4]
3.2 Dopplerov jav
Keď že satelit sa pohybuje na LEO drahé, sa pohybuje aj voči pozemskému
prijímaču. To znamená že tu môžeme pozorovať Dopplerov jav. Uvažujme prípad vtedy keď
drahá satelitu prechádza cez zenit a smernica na satelit zviera uhol voči horizontálnej rovine
v rozmedzí 0 o až 90 o . Uhol α, čo je uhol medzi spojnicou stredu zeme a prijímača,
a spojnicou medzi stredom Zeme a satelitom vypočítame podľa vzorca:
cosα =
R
R + h
(3.7)
22

Uhol α sa pohybuje od 0 o po 28 o . Uhol α je závislý na čase. Doba obehu satelitu okolo Zeme
sa rovná 102 min. Satelit sa pohybuje po kruhovej drahé a tým pádom prejde každý úsek
dráhy za rovnaký čas. Závislosť medzi časom a prejdeným uhlom je priama. Uhol v 28 o
satelit prejde za 7.93 min. (476 s.), 1 o , tým pádom, satelit prejde za 17s.
P
d
V
R
α
h
Obr. 3.2 Pohyb satelitu V voči pozemnej stanice P
Zmenu vzdialenosti medzi satelitom a pozemnou prijímacou stanicou vyrátame podľa
vzorca:
2
2
d = ( R + ( R + h)
− 2R(
R + h) cosα
)
(3.8)
V Prílohe 1 v grafe Graf.1 môžeme vidieť závislosť vzdialenosti od uhlu α. Vypočítajme
teraz závislosť rýchlosti satelitu voči prijímacej stanice od uhlu natočenia. Vieme že 1 o satelit
prejde za 17s. Zistime o akú vzdialenosť sa priblíži satelit ku prijímaču za tento čas.
d
us. = d
n
− d
n−1
(3.9)
23

Pre zjednodusenie vypoctu, predpokladajme ze satelit na tomto useku sa pohybuje
rovnomerne. Potom rychlost satelitu na tomto useku vypocitame podla vzorca:
v =
us.
d
t
us.
us.
(3.10)
V Prilohe 1 v grafe Graf.2 mozeme vidiet závislosť rychlosti satelitu voci prijimacej stanice
od uhlu natocenia α. Maximalna dosiahnuta richlost je 6548.3 m/s. Vypocitajme teraz ako sa
zmeni vysielana frekvencia kvoli Doplerovomu javu. Aby sme zistili maximalny doplerov
posuv, uvazujme maximalnu frekvenciu vysielania satelitov POES, ktora je 137.620 Mhz
f ' =
f
ν
1 +
C
ν
1 −
C
(3.11)
∆ f
=
f ' − f
(3.12)
V Prilohe 1 v grafe Graf.3 mozeme vidiet závislosť frekvenčneho posuvu ∆f od uhla
natocenia α. Maximalny frekvenčny posuv je ± 3006 Hz. [10]
24

4 KONŠTRUKCIA PRIJÍMAČA
4.1 Typ prijímača a jeho parametre
Pre naše potreby ako najvhodnejšia koncepcia sa javí superheterodyn s dvojitým
zmiešavaním. Prijímač by mal byť riadený PLL. Mal by byť schopný zistiť čí prijíma signál
z meteosatelitu, čiže by mal rozpoznať v signále prítomnosť subnosnej s frekvenciou
2400 Hz. Na spracovanie signálu a zobrazenie obrázkov sa bude používať špeciálny software
spustený na PC. Signál pre dekódovanie na počítač sa bude posielať cez Line in vstup. Pre
zjednodušenie konštrukcii prijímača, PLL nebudeme riadiť mikrokontrollerom ale počítačom
cez port USB. Oblasť prijímaných kmitočtov zvolíme od 137 po 141 MHz. Prijímač by mal
mať citlivosť lepšiu ako 0.6 µV.
Popíšeme teraz konštrukciu prijímača. Anténa sa pripája na vstup
vysokofrekvenčného zosilňovača, za ktorým nasledujú vstupné selektívne obvody zo šírkou
pásma 4 MHz. Za selektívnymi obvodmi nasleduje zmiešavač do ktorého vstupuje signál zo
selektívnych obvodov a napätím riadeného oscilátora ktorý kmitá na kmitočtoch:
f = f ±
osc
s
f
mf
(4.1)
Prvý medzifrekvenčný kmitočet zvolíme na 10.7 MHz, ktorý je štandartný a pre tento
kmitočet na trhu sú dostupne lacné keramické filtre zo šírkou pásma 200 kHz. Potom
frekvencia oscilátora bude 126.3 MHz-130.3 MHz alebo 147.7 MHz-151.7 MHz. Z hľadiska
vzdialenej selektívnosti ide o vhodnú voľbu lebo je zabezpečený veľký odstup medzi
medzifrekvenčným kmitočtom f mf a a kmitočtom signálu f s a tým pádom ani
medzifrekvenčný kmitočet ani kmitočet oscilátora ani žiadny kmitočet ktorý je produktom
zmiešavania nenachádza sa v oblasti príjmu 137 MHz-141 MHz. Kmitočet oscilátora
zvolíme na 126.3 MHz-130.3 MHz. Oscilátor na nižších kmitočtoch je stabilnejší. Kmitočet
oscilátora je riadený fázovým závesom. Po zmiešavači nasleduje keramicky filter 10.7 MHz
zo šírkou pásma 200 kHz. Potom nasleduje medzifrekvenčný zosilňovač. Za zosilňovačom je
zapojený druhy zmiešavač s konverziou smerom dole na 455 kHz. do zmiešavača vstupuje
signál z medzifrekvenčného zosilňovača a kryštálom riadeného oscilátora s nepreladiteľným
25

kmitočtom 10.245 MHz. Za zmiešavačom ja zariadený keramicky filter pre frekvenciu 455
kHz. Kvôli kmitočtovému zdvihu ± 17 KHz filter by mal mať šírku pásma 34 kHz, na trhu je
však dostupný filter zo šírkou pásma 30 kHz. Avšak aj kvôli tomu že, ako bolo povedané
vyššie, najnižší a najvyšší stav neodpovedajú hĺbke modulácie subnosnej 0% a 100% ale 5%
a 87%, zmenšenie šírky priepustného pásma keramického filtra nebude mať na výslednú
kvalitu obrázku žiadny vplyv.
Po keramickom filtri je zapojený Fm demodulátor. Výstup z Fm demodulátora je
zapojený na vstup nízkofrekvenčného zosilňovača a detektora prítomnosti frekvencie 2400
Hz. Výstup z nízkofrekvenčného zosilňovača je zapojený na počítač, na ktorom sa
uskutočňuje dekódovanie signálu a zobrazenie obrázkov.
Prijímač by mal mať obvod AFC (automatic frequency control). Tento obvod
v závislosti na zmene jednosmernej zložky na výstupe z demodulátora preladí referenčný
kmitočet fázového závesu PLL, čím sa dosiahne potrebné frekvenčné posunutie frekvencie
oscilátora VCO. Avšak experimentálne sa zistilo, že Dopplerov posuv kmitočtu je malý
a modul AFC neprináša žiadne postrehnuteľné zlepšenie kvality prijímaného obrázku, preto
bol z konštrukcie prijímača vypustený.
Prijímač ma riadiacu jednotku, čo je vlastne jednotka, ktorá zabezpečuje pripojenie
dátového vstupu/výstupu počítača s prijímačom. Na riadiacu jednotku sú pripojené jednotky
PLL a detektor 2400 Hz. Na PLL sa z počítača cez riadiacu jednotku posielajú údaje,
potrebné na nastavenie kmitočtu napätím riadeného oscilátora VCO. Detektor 2400 Hz
posiela cez riadiacu jednotku na počítač informáciu o tom, či je v signále prítomná
frekvencia 2400 Hz.
26

HFA
LCF
10.7 MHz 455kHz/30kHz
MFA
FM
DEM.
VCO
QCO
DETEKTOR
2400Hz
PC
(Line in)
PLL
RS232/USB
PC (USB)
Obr. 4.1 Bloková schéma prijímača
4.2 Vstupné obvody
Vstupné obvody pozostávajú zo selektívnych obvodov a vysokofrekvenčného
zosilňovacieho stupňa. Selektívne obvody sú riešené ako paralelne rezonančné LC obvody.
4.2.1 Vysokofrekvenčný zosilňovač
V súčasnej dobe sa pri stavbe moderne riešeného prijímača využíva funkcia
vysokofrekvenčného zosilňovača len v najnutnejšej miere. Je to v súlade s podmienkou, aby
medzi anténou a selektívnymi obvodmi bolo zapojených čo najmenší počet aktívnych
stupňov. V prijímačoch, kde sú na vstupe použité zložitejšie pásmové priepuste k zaisteniu
dostatočnej vf selektívnosti, je treba nahradiť straty, ku ktorým dochádza následkom
vloženého útlmu filtra. Pripojenie antény priamo na vstup týchto obvodov a potom priame
zapojenie selektívnych obvodov na vstup zmiešavača by veľmi výrazne degradovalo šumové
číslo prijímača. Úlohou vf zosilňovača je nahradiť straty, ku ktorým dochádza priechodom
cez selektívne obvody a upraviť šumové číslo prijímača na potrebnú hodnotu. O veľkosť
zisku vf zosilňovača sa znižuje dynamicky rozsah zmiešavača, a preto je treba nastaviť zisk
na najnutnejšiu mieru, potrebnú k prekrytiu šumu zmiešavača. Vysokofrekvenčný zosilňovač
27

ude realizovaný dvojbázovým, nízkošumovým MOS-FET tranzistorom BF982. Anténa je
zapojená na vstupný LC obvod, ktorý je zapojený na Gate G1 tranzistoru. Gate G2 je
zapojený na odporový delič medzi napájaním a zemou. Source S tranzistoru je zapojený na
odpor, ktorý je zapojený na výstupný paralelný LC obvod.
+12V
+12V
R22
Obr. 4.2 Vstupný VF zosilňovač
Vypočítajme hodnoty indukčnosti a kapacity vstupného LC filtra. Hodnoty vypočítajme
približné; presné nastavenia sa uskutočnia pomocou nastavenia jadier cievok. Počítajme
s frekvenciou 140 MHz. S pomocou grafu z Prílohy 2 zvolíme približnú hodnotu indukčnosti
cievky a vypočítajme kapacitu podľa vzorca:
1
=
2
4π
f
C 2
L
(4.2)
V reálnej konštrukcii sa budú používať cievky od firmy Toko s indukčnosťou 150 nH
a kvalitou 35, potom vypočítaná hodnota kapacity bude 8.6 pF.
Musíme brať do úvahy, že MOSFET tranzistor má určitú vstupnú kapacitu medzi
Gate a Source, ktorá ovplyvňuje rezonančný obvod LC. Zvolený tranzistor BF982 má
vstupnú kapacitu 4 pF. Kapacita rezonančného obvodu a vstupná kapacita tranzistora sú
zapojené paralelne, preto hodnota vonkajšej kapacity bude 4.6 pF.
28

Vypočítame, či šírka pásma vstupného LC obvodu je postačujúca pre požadovaný
rozsah frekvencie prijímača.
B =
f
Q
(4.3)
Pri frekvencii 140 MHz a kvalite LC obvodu-35 (kvalitu LC obvodu určuje kvalita cievky,
pretože je oveľa nižšia, ako kvalita kondenzátora), šírka pásma vstupného LC obvodu sa
rovná 4 MHz, čo je presne tá šírka pásma, akú požadujeme pre prijímač.
Výstup antény musí byť impedančne prispôsobený vstupu zosilňovača. Poznáme tri
typy impedančného prispôsobenia výstupu antény k vstupu LC filtra: indukčná väzba,
odbočka na cievke a kapacitný delič. Zvolíme kapacitný delič. Je to najvhodnejší spôsob.
Umožňuje totiž presnejšie prispôsobenie, pretože sa ľahšie mení hodnota kapacít ako počty
závitov a veľkosť väzby pri indukčnej väzbe.
Veľkosť odporu na odbočke medzi kondenzátormi je daná vzorcom:
R
odb
=
QX
L
−1
( C C + ) 2
2 1
1
(4.4)
Pomer kapacít deliča vypočítame podľa vzorca:
C
C
2 L
= −
1
QX
R
odb
1
(4.5)
Impedancia antény je 75 Ω, tým pádom aj žiadaný odpor R odb na deliči musí byť
rovný 75 Ω. Kapacita kondenzátora C 2 je väčšia ako kapacita kondenzátora C 1 6.8 krát.
Keďže kondenzátory C 1 a C 2 sú zapojene sériovo a ich spoločná kapacita ma sa rovnať 4.6
pF, reálne hodnoty jednotlivých kapacít môžeme vypočítať podľa vzorca:
C C2
C + C
1
1
=
2
4.6
( pF )
(4.6)
29

Kapacity kondenzátora C 1 je 5.2 pF a hodnota kapacity kondenzátora C 2 je 35.88 pF.
Kondenzátory s takými hodnotami kapacít sa nevyrábajú, preto si zvolíme hodnoty čo
najbližšie k vypočítaným. Kapacitu kondenzátora C 1 si zvolíme na 5.6 pF a kapacitu
kondenzátora C 2 na 33 pF.
V tomto zapojení vysokofrekvenčného zosilňovača je použité nastavenie pracovného
bodu tranzistora kladným napätím na Gate G2. Tento spôsob pomáha celkovej stabilizácii
stupňa, nastavenie je teplotne stabilnejší a dosahuje sa aj lepšieho šumového čísla. Napätie na
Gate G2 odporovým deličom R 1 a R 2 nastavene na 6 V. Čo je presne polovica napájaceho
napätia. Odpory rezistorov R 1 a R 2 zvolíme na 100 kΩ. Drain D je zapojený na rezistor R 22
s odporom 47 Ω. Tento rezistor účinne potlačuje sklon vysokofrekvenčného zosilňovača
ku kmitaniu, ale zapojením tohto rezistora sa zmenší celkové zosilnenie stupňa. Za
rezistorom nasleduje paralelný rezonančný obvod. Hodnoty indukčnosti cievky L 2 a kapacity
kondenzátora C 4 sa nastavia podobne ako u vstupného rezonančného obvodu. Hodnota
indukčnosti cievky L 2 je 150 nH. Hodnota kapacity kondenzátora C 4 je 4.6 pF, aj tu berieme
do úvahy ovplyvnenie rezonančného obvodu vnútornou kapacitou tranzistora. Spoločná
kapacita tranzistora a kondenzátora C 4 je 8.6 pF. [3], [12]
4.2.2 Vstupný selektívny obvod
Vstupný selektívny obvod by mal zaistiť potrebnú selektívnosť. Čiže by mal účinne
utlmiť všetky signály ktoré sa nachádzajú mimo požadovaného pásma. Šírka pásma, ako sa
už ukázalo vyššie, je závislá na kvalite obvodu. Keď že obvod je zaťažený pripojením ku
ďalším stupňom, tým pádom šírka pásma bude väčšia ako vypočítaná. Strmosť bokov krivky
je malá. Zlepšenia je možné dosiahnuť zapojením dvoch alebo viacerých obvodov za sebou,
avšak za cenu zvýšenia vloženého útlmu filtrov. Väzba medzi obvodmi sa nastavuje kritická
v prípade ladených obvodov (Obr. 4.3 b)) alebo mierne nadkritická u pásmových priepustí
(Obr. 4.3 c)).
30

vložený útlm
amplitúda
amplitúda
amplitúda
frekvencia [MHz] frekvencia [MHz] frekvencia [MHz]
a) b) c)
Obr. 4.3 Porovnanie amplitudno-frekvenčnej charakteristiky selektívnych obvodov
Vstupný selektívny obvod pozostáva z troch paralelných LC obvodov, ktoré sú medzi
sebou spojené cez kondenzátory. Prvý LC obvod je zároveň aj výstupný LC obvod
vysokofrekvenčného zosilňovača. Výstup z posledného LC obvodu musí byť impedančne
prispôsobený vstupu ďalšieho stupňa - preto sa výstup vyvádza z kapacitného deliča. Na
obrázku vidíme schému zapojenia selektívnych obvodov.
+12V
+12V
Obr. 4.4 Selektívne obvody
Cievky použité v obvode sú od firmy Toko s indukčnosťou L 150 nH a kvalitou 35.
Vypočítané hodnoty rezonančnej kapacity sú 8.6 pF. Najbližšia hodnota kapacity vyrábaného
kondenzátora je 8.2 pF. Kondenzátor C 7 ma kapacitu 8.2 pF. Vypočítajme teraz kapacíty
kondenzátorov C 11 a C 10 v kapacitnom deliči. Ako bude ukázané ďalej, vstup ďalšieho
31

modulu, na ktorý sa pripája selektívny obvod, ma vstupný odpor 722 Ω a vstupnú kapacitu
3.3 pF. Potom zapojenie kondenzátorov môžeme znázorniť schémou.
Obr. 4.5 Zapojenie kondenzátorov C 11 , C 10 a C vst
Pomer kapacít vypočítajme podľa vzorca, kde C 1 je C 11 a C 2 spoločná kapacita
kondenzátorov C 10 a C vst .
Kapacita kondenzátora C 11 sa rovná 14.33 pF, spoločná kapacita kondenzátorov C 10 a
C vst sa rovná 21.5 pF, a kapacita C 10 sa rovná 18.2 pF.
Hodnoty väzobných kapacít boli experimentálne zistené. Volili sme ich tak, aby sme
dosiahli mierne nadkritickú väzbu medzi filtre a tak, aby krivka amplitúdno-frekvenčnej
charakteristiky mala vhodné tvary (veľká strmosť bokov a rovná priepustná časť) a sú rovné
0.5 pF. Presným nastavením jadra cievok sa dosiahlo, že priepustná šírka pásma selektívneho
obvodu sa rovnala požadovaným 4 MHz. [3], [12]
32

4.3 Centrálny modul prijímača
V súčasnej dobe sa kladie veľký dôraz na to, aby konštrukcie prijímačov boli
miniatúrne a to sa dá splniť vtedy, ak v konštrukcii použijeme integrovaný obvod, ktorý bude
obsahovať viacero prvkov prijímača. Na trhu sú teraz dostupné integrované obvody určené
pre prijímače s dvojitým zmiešavaním a obsahujú zmiešavače, oscilátory, medzifrekvenčný
zosilňovač a demodulátor. Pre našu konštrukciu je vhodný integrovaný obvod od firmy
Motorola MC13135. Na obrázku Obr.4.6 je vnútorná schéma obvodu a zapojenie vývodov.
Obr. 4.6 Vnútorné zapojenie obvodu MC13135
Obvod MC1315 je vlastne kompletný prijímač s dvojitým zmiešavaním. Dokáže spracovať
frekvencie až do 200 MHz. Požaduje nízke napájanie od 2 až po 6 V. Má spotrebu 3.5 mA.
Audio výstup je nízkoimpedančný- 25 Ω. Obsahuje 2 Collpitsove oscilátory. Prvý oscilátor
ma výstup pre slučku fázového závesu.
33

PIN
číslo
PIN
Názov
Popis
1 1st LO Base Vývod bázy tranzistora prvého oscilátora
2 1st LO Emitter Vývod emitera tranzistora prvého oscilátora
3 1st LO Out Výstup oscilátora pre PLL slučku
4 Vcc1 Vstup pre kladné napätie napájania obvodu
5 2nd LO Emitter Výstup emitera druhého oscilátora
6 2nd LO Base Výstup bázy druhého oscilátora
7 2nd Mixer Out Výstup z druhého zmiešavača
8 Vee Zem
9 Limiter In Vstup do Limiter
10 Decouple 1 Delič 1
11 Decouple 2 Delič 2
12 RSSI Indikátor úrovne prijímaného signálu
13 Quad Coil Vývod pre zapojenie demodulačnej cievky
14 Op Amp In + Kladný vstup operačného zosilňovača
15 Op Amp In - Záporný vstup operačného zosilňovača
16 Op Amp Out Výstup operačného zosilňovača
17 Audio Out Audio výstup z demodulátora
18 2nd Mixer In Vstup druhého zmiešavača
19 Vcc2 Vstup kladného napätia napájania obvodu
20 1st Mixer Out Výstup prvého zmiešavača
21 1st Mixer In 2 Druhy vstup prvého zmiešavača
22 1st Mixer In 1 Prvý vstup prvého zmiešavača
23 Varicap A Anóda varikapu
24 Varicap C Katóda varikapu
Tab. 4.1 Funkcie vývodov obvodu MC13135
34

Parameter
Typická
hodnota
Jednotka
Napájacie napätie 2.0 až 6.0 Vdc
Celkový prúd 4.0 mAdc
Citlivosť (vstup pre 12 dB SINAD) 1.0 µV
Maximálna prvá medzifrekvencia 21 MHz
Maximálna druhá medzifrekvencia 3.0 MHz
Audio výstup 220 mV
Zisk prvého zmiešavacieho stupňa 12 dB
Zisk druhého zmiešavacieho stupňa 13 dB
Výstup prvého oscilátora 100 mV
Šírka pásma demodulátora 50 kHz
RSSI dynamický rozsah 70 dB
Vstupný paralelný odpor prvého zmiešavača 722 Ω
Vstupná kapacita prvého zmiešavača 3.3 pF
Výstupná impedancia prvého zmiešavača 330 Ω
Vstupná impedancia druhého zmiešavača 4.0 kΩ
Výstupná impedancia druhého zmiešavača 1.8 kΩ
Výstupná impedancia demodulátora 25 Ω
Tab. 4.2 Parametre obvodu MC13135
Obvod sa bude zapájať podľa doporučeného zapojenia, ktoré je uvedené v katalógovom liste
obvodu. Keďže v katalógovom liste je uvedené zapojenie prijímača pre frekvenciu 46/49
MHz, musíme zmeniť hodnoty niektorých externých súčiastok, výpočet ktorých je uvedený
ďalej. [11]
35

4.3.1 Prvý zmiešavač
Prvý zmiešavač slúži na konverziu prijímaného signálu smerom dolu na prvý
medzifrekvenčný kmitočet, na ktorom je možné zabezpečiť filtrami potrebnú šírku pásma pre
vzdialenú selektivitu. Do zmiešavača vstupuje signál zo vstupných obvodov a napätím
riadeného oscilátora.
10.7 MHz
LCF
VCO
Obr. 4.7 Prvý zmiešavač a okolité obvody
Ako bolo uvedené vyššie, signál zo vstupných obvodov sa nachádza v kmitočtovom pasme
137 MHz až 141 MHz. Keďže chceme aby výstup zo zmiešavača bol na frekvencii 10.7
MHz, z oscilátora do zmiešavača musíme priviesť signál s frekvenciou ktorá sa vypočíta
podľa vzorca:
f = f ±
osc
s
f
mf
(4.7)
Ako sa vypočítalo vyššie, signál z oscilátoru musí sa nachádzať v kmitočtovom pasme 126.3
MHz až 130.3 MHz. Ako sa uviedlo v tabuľke zmiešavač ma vstupný odpor 722 Ω a vstupnú
kapacitu 3.3 pF. Problematika prispôsobenia výstupu vstupných obvodov k vstupu
zmiešavača sme rozoberali v kapitole 4.2. Keďže aj zmiešavač aj oscilátor sú súčasťou
obvodu MC13135 a sú priamo prepojené, problematikou prispôsobenia výstupu oscilátora
k vstupu zmiešavača sa nebudeme zaoberať.
36

4.3.2 Napätím riadený oscilátor
Obvod MC13135 obsahuje integrovaný Colpittsov oscilátor, ktorý vyžaduje zapojenie
vonkajších prvkov, určujúcich režim jeho prace. Konkrétne ide o prvky, určujúce frekvenciu
kmitania (v našom prípade to bude LC rezonančný obvod), kondenzátory nastavujúce spätnú
väzbu a rezistor, nastavujúci pracovný bod tranzistora. Oscilátor musí byť napätím riadený,
preto rezonančný LC obvod musí v sebe obsahovať varikap. Na obrázku je ukázané
zapojenie Colpittsovho oscilátora.
V in
R3
Obr. 4.8 Zapojenie Colpittsovho oscilátora
Časť oddelená prerušovanou čiarou, je súčasťou obvodu MC13135. Ako vidíme, rezistor R int
je súčasťou obvodu, tak isto ako tranzistor T int a má odpor 15 kΩ. Keďže v katalógovom liste
obvodu MC13135 nie sú uvedené parametre tranzistorov, ktoré sú súčasťou obvodu
MC13135, odpor rezistora R 1 sa určí z katalógového listu obvodu MC1315 a hodnota kapacít
kondenzátorov C 14 a C 15 sa určí experimentálne. Odpor rezistoru R 3 je 470 Ω. Kapacita
kondenzátora C 14 je 12 pF a kapacita kondenzátora C 15 je 5.6 pF. Zvoľme si hodnotu
kapacity kondenzátora C 13 a vypočítajme kapacitu kondenzátora C 12 a riadiace napätie, ktoré
musíme priviesť do bodu V in , aby sme mohli prelaďovať kmitočet oscilátora v požadovanom
rozsahu. Kapacitu kondenzátora C 13 zvolíme na 100p.
37

Kmitočet oscilátora určujú prvky L 1 , C 12 , C 13 , C 14 , C 15 , D 1 a D 2 . Kondenzátory C 13 ,
C 14 , C 15 sú zapojené do série - preto ich spoločnú kapacitu môžeme vypočítať podľa vzťahu:
1
C sp
=
1 1 1
+ +
C C C
13
14
15
(4.8)
Kapacita
Csp
sa rovná 3.67 pF. Indukčnosti cievky L 1 je 150 nH. Zo vzťahu určíme
rezonančnú kapacitu pre krajné hodnoty frekvencie oscilátora - sú 9.95 pF až 10.57 pF.
Potom spoločná kapacita kondenzátoru C 1, a varikapov D 1 a D 2 sa musí pohybovať v rozsahu
6.28 pF až 6.91 pF. Spoločnú kapacitu kondenzátoru C 12, a varikapov D 1 a D 2 môžeme
vyjadriť vzťahom
C
sp
= C
12
+
1
C
D1
1
1
+
C
D2
(4.9)
Určíme teraz kapacity C 1, D 1 a D 2 . Majme na mysli, že nechceme aby riadiace napätie bolo
vyššie, ako napájacie napätie, tj +5 V. Pri určovaní kapacity kondenzátora C 1 a riadiaceho
napätia varikapov D 1 a D 2 použijeme graf z Prílohy 3 na ktorom je závislosť kapacity
varikapa od riadiaceho napätia. V tabuľke sú uvedené kapacity kondenzátora C 1 , kapacity
a riadiace napätia varikapov D 1 a D 2 v závislosti od okrajových frekvencií oscilátora. [3]
Frekvencia
[MHz]
C sp
C spD
C D
U riad
[pF] [pF] [pF] [V]
130.3 6.28 2.28 4.56 2.5 4
126.3 6.91 2.91 5.82 1.6 4
C 12
[pF]
Tab. 4.3 Hodnoty kapacít kondenzátorov C sp , C spD , C D , C 12 a U riad v závislosti na frekvencii
38

4.3.3 Druhý zmiešavač a oscilátor
Medzi prvým a druhým zmiešavačom sa zapája keramický filter 10.7 MHz. Výstup
z filtra sa zapája na vstup druhého zmiešavača. Do druhého zmiešavača tak tiež vstupuje
signál z druhého oscilátora. Druhý oscilátor je realizovaný ako Colpittsov oscilátor a musí
kmitať na kmitočte
f
osc
=
f
−
f
mf 1 mf 2
(4.10)
Keďže druhý medzifrekvenčný kmitočet sme zvolili na 455 kHz, oscilátor musí kmitať na
kmitočte 10.245 MHz. Medzi výstupom druhého zmiešavača a vstupom demodulátora je
zapojený keramický filter 455 kHz/30 kHz. Doporučené zapojenie a hodnoty vonkajších
súčiastok sú uvedené v katalógovom liste obvodu MC13135. Schematické zapojenie je
znázornené na obrázku
10.7 MHz 455kHz/30kHz
MFA
FM
DEM.
QCO
Obr. 4.9 Druhý zmiešavač a okolité obvody
39

4.3.4 Demodulátor
Obvod MC13135 ma integrovaný Demodulátor FM. Jedná sa o tzv. kvadratúrny
detektor. Na obrázku je ukázaná principiálna schéma demodulátora.
MIXER
R1
C1
C3
C2
L1
Obr. 4.10 Štruktúra kvadratúrneho detektora
Na vstup demodulátora prichádza signál z druhého medzifrekvenčného filtra 455 kHz. Na
kondenzátore C1 sa uskutočňuje posuv fázy signálu o 90 o , signál je potom filtrovaný v LC
rezonančnom obvode, ladenom na druhý medzifrekvenčný kmitočet, teda 455 kHz. V LC
obvode dochádza k posuvu fázy signálu v závislosti od frekvencie. Na obrázku sú ukázané
charakteristiky amplitúdy a fázy v závislosti na frekvencii.
Obr. 4.11 Amplitúdová a fázová charakteristika LC obvodu v závislosti na frekvencii
40

V zmiešavači sa priamy signál a signál spracovaný v LC obvode spočítajú. Amplitúda
výsledného signálu je závislá na fázovom rozdiele dvoch signálov. Za zmiešavačom je
zapojený RC filter, ktorý prepustí len kmitočty patriace do zvukového pásma. Na obrázku je
ukázaná demodulačná krivka.
U 17 [V]
f[kHz]
Obr. 4.12 Demodulačná krivka demodulátora obvodu MC13135
Táto krivka bola nameraná so zapojeným LC obvodom s vysokou kvalitou. V našej
konštrukcii použijeme demodulačný LC obvod od firmy Toko s indukčnosťou 0.6797 mH,
kapacitou 180 pF a kvalitou 70. Ako vidíme z grafu, demodulátor dokáže spracovať signál
maximálne s rozkmitom ± 4 KHz, čo je pre náš prijímač veľmi málo, pretože potrebujeme
demodulovať signál s kmitočtovým zdvihom ±17 kHz. To dokáže zabezpečiť LC
demodulačný obvod z nižšou kvalitou. Zníženie kvality obvodu dosiahneme tak, že paralelne
k obvodu pripojíme zaťažovací rezistor, ktorý kvalitu obvodu zmenší. V katalógovom liste
obvodu MC13135 sa paralelne LC demodulačnému obvodu zapája rezistor s odporom 39 kΩ,
ktorý znižuje kvalitu obvodu tak, aby demodulátor bol schopný demodulovať signály
s kmitočtovým zdvihom ±25 kHz.
41

Vývod číslo 17 obvodu MC13135 je zapojený na RC filter. Tento RC filter slúži na
to, aby sme pustili do nasledujúceho stupňa iba signál s frekvenciou zodpovedajúcou
zvukovému pásmu.
R6
C22
Obr. 4.13 Výstupný filter
Hodnoty odporu a kapacity musíme prepočítať pre zlomovú frekvenciu nad 2400 Hz.
Zlomová frekvencia sa vypočíta podľa vzorca
f
1
=
2πRC
(4.11)
Zvolíme odpor rezistoru R 6 1 kΩ a kapacitu kondenzátora C 22 47 nF. Zlomový kmitočet je
potom 3386 Hz, čo je vyššie ako 2400 Hz. [7]
42

4.3.5 Zapojenie obvodu MC13135
Na obrázku môžeme vidieť celkové zapojenie obvodu MC13135. [11]
Obr. 4.15 Zapojenie obvodu MC13135
4.4 Detektor 2400 Hz
Moderné prijímače majú tzv. funkciu SCAN, čiže prehľadávajú kmitočtové pásmo a
zastavia sa na frekvencii, na ktorej je vysielaný signál. V našom prípade môžeme dvoma
spôsobmi zistiť, či je prítomný signál na vstupe prijímača. Prvý spôsobom zisťujeme, či
signál na výstupe prijímača prekročí určenú úroveň. Druhým spôsobom zisťujeme, či
v signále je prítomná subnosná s frekvenciou 2400 Hz. Druhý spôsob je výhodnejší, pretože
43

vylučuje zastavenie skenovania kvôli rušeniu a prítomnosti pre nás nepotrebného signálu,
napr. nejakej pozemnej stanice.
Pre túto funkciu potrebujeme obvod, ktorý dokáže zistiť, či na vstupe dostáva
potrebnú frekvenciu a na výstupe nastaviť logickú úroveň 1. Takú funkciu má obvod NE567.
Obvod NE567 je detektor frekvencie, ktorý funguje na princípe porovnania frekvencie
vstupného signálu s frekvenciou interného oscilátora.
Obr. 4.16 Vnútorné zapojenie obvodu NE567
Obvod NE567 dokáže rozlíšiť frekvencie v rozmedzí 0.01 Hz až 500 kHz. Kontrolovaná
šírka pásma je až do 14% zisťovanej frekvencie. Zapojenie obvodu je uvedené
v katalógovom liste obvodu NE567.
Obr. 4.17 Zapojenie obvodu NE567
44

Vypočítajme teraz hodnoty externých súčiastok. Kmitočet vnútorného oscilátora sa
určuje rezistormi R 9 , R 10 a kondenzátorom C 28 podľa vzorca:
f
=
( R
1
9
+ R10
)
C
28
(4.12)
Spoločný odpor rezistorov R 9 a R 10 (pre najlepšiu teplotnú stabilitu) musí byť v rozmedzí 2
kΩ až 20 kΩ. Volením odporu rezistorov R 9 , R 10 a C 28 a dosadzovaním do vzorca sme
vybrali hodnoty pre C 28 33 nF, pre R 9 10 kΩ a pre trimer R 10 10 kΩ. Trimer R 10 nám
umožňuje presné nastavenie kmitočtu.
Kondenzátor C 30 určuje šírku pásma detekcie.
B = 1070
V1
fC
30
V 1 = vstupné napätie (V)
C 30 = kapacita vnútorného filtra (µF)
v % frekvencie f (4.13)
Pri dosadzovaní rôznych hodnôt kapacít do vzorca sa zistilo že pri hodnote kapacity
kondenzátora C 30 4.7 µF je šírka pásma 10 Hz, čo je prijateľná hodnota.
Veľkosť kapacity kondenzátora C 29 nie je kritická. Typicky je dvojnásobkom veľkosti
kapacity kondenzátora C 30 . Preto veľkosť kapacity kondenzátora C 29 zvolíme na 10 µF.
Hodnoty odporov rezistorov R 11 a R 12 sú uvedené v katalógovom liste obvodu
NE567. Hodnota odporu rezistoru R 12 je 130 kΩ, hodnota odporu rezistora R 11 je 100 Ω.
Keď obvod NE567 nedetekuje prítomnosť frekvencie, na ktorú je nastavený, na
výstupe 8 je napätie 3.47 V. Pri detekcii frekvencie je výstup číslo 8 premostený na zem. [12]
45

4.5 Fázový záves.
Na vysokých frekvenciách u oscilátorov vzniká problém frekvenčnej nestability.
Tento problém je väčší u oscilátorov, ktoré sú laditeľné, pretože u laditeľných oscilátorov sa
používajú LC obvody na určovanie kmitočtu oscilátora a nie kryštály. Problém sa dá vyriešiť
tak, že oscilátor spravíme ladený napätím a zavedieme slučku fázového závesu PLL.
Obr. 4.18 Bloková schéma fázového závesu
Princíp fázového závesu spočíva v porovnaní frekvencie oscilátora s frekvenciou
referenčného oscilátora. Kmitočet oscilátora prechádza cez programovateľnú deličku.
Účelom tejto deličky je vydeliť kmitočet oscilátora deliacim pomerom N tak, aby vznikol
kmitočet porovnateľný s kmitočtom referenčného oscilátora. Obe dve frekvencie sa
porovnávajú vo fázovom komparátore. Na výstupe fázového komparátora je napätie úmerné
veľkosti fázového posuvu medzi dvoma frekvenciami. Toto napätie sa privádza do napätím
riadeného oscilátora, čo má za následok, že oscilátor sa prelaďuje tak, aby fázový posuv
medzi jeho frekvenciou a frekvenciou referenčného oscilátora bol nulový.
46

Ako fázový záves použijeme obvod SAA1057.
Obr. 4.19 Vnútorné zapojenie obvodu SAA1057
Parameter Typická hodnota Jednotka
Napájacie napätie 3.6 až 12 V
Ladiace napätie Až 30 V
Vstupná frekvencia (FFM) 70 až 120 MHz
Ladiaci krok (FM) 10, 12.5 kHz
Frekvencia interného oscilátora 4 MHz
Vstupné napätie LOW (DATA, CLB, DLEN) 0 až 0.8 V
Vstupné napätie HIGH (DATA,CLB, DLEN) 2.4 až napájacie napätie V
Vstupné napätie FFM 10 až 500 mV
Tab. 4.4 Parametre obvodu SAA1057
Maximálna frekvencia napätím riadeného oscilátora je 130.3 MHz, čo je o 10.3 MHz
viac, ako maximálna vstupná frekvencia pre obvod SAA1057. Avšak v praxi sa zistilo, že
obvod SAA1057 je schopný pracovať so vstupnou frekvenciou až 150 MHz.
Doporučené zapojenie obvodu je uvedené v katalógovom liste a nie je treba
vypočítavať hodnoty žiadnych vonkajších súčiastok.
47

Obr. 4.20 Zapojenie obvodu SAA1057
Do vývodu číslo 8 sa privádza signál z oscilátoru. Vývod 6 je výstup ladiaceho
napätia pre napätím-riadený oscilátor. Výstupy 12, 13, 14 sa volajú DATA, DLEN, CLB
a slúžia ako vstup pre ovládanie obvodu SAA 1057. Vstup DLEN slúži na uvedenie obvodu
do stavu príjmu informácií. Do vstupu CLB sa privádzajú synchronizačné impulzy. Do
vstupu DATA sa privádzajú informácie potrebné na nastavenie deliaceho pomeru a iných
parametrov obvodu. Na obrázku môžeme vidieť štruktúru signálov, privádzaných na
jednotlivé vstupy.
48

Obr. 4.21 Štruktúra ovládacích signálov pre obvod SAA1057
Na obrázku sú označené časy, ktoré treba dodržať. Minimálne časy môžeme vidieť v
Prílohe 4.
Nastavovanie parametrov obvodu sa uskutočňuje 16-bitovými slovami A a B, ktoré sa
posielajú cez vstup DATA. Štruktúru slov môžeme vidieť na obrázku.
Obr. 4.22 Štruktúra dátových slov A a B
Slovo A slúži na nastavovanie deliaceho pomeru, začína sa stavom 0 a obsahuje
binárne kódované číslo, ktoré zodpovedá desatine frekvencie v kHz, ktorú chceme nastaviť
na napätím-riadenom oscilátore. Slovo B slúži na nastavovanie parametrov práce obvodu
SAA1057, začína sa stavom 1.
49

FM
REFH
CP3
CP2
CP1
CP0
SB2
SLA
PDM1
PDM0
BRM
T3
T2
T1
T0
Výber funkcie obvodu AM/FM ´1´=FM ´0´=AM
Ladiaci krok ´1´=1.25 kHz ´0´=1 kHz pre AM a ´1´=12.5 kHz ´0´=10 kHz pre FM
Kontrolné bity pre programovateľný prúdový zosilňovač
CP3 CP2 CP1 CP0 symbol Hodnota
P1 0 0 0 0 G P1 0.023
P2 0 0 0 1 G P2 0.07
P3 0 0 1 1 G P3 0.23
P4 0 1 1 0 G P4 0.7
P5 1 1 1 0 G P5 2.3
Zapína posledných 8 bitov v slove B ´1´=zapnuté ´0´=vypnuté (posledných 8 bitov
automaticky nastavených na ´0´)
Ladiaci mód
´1´=synchrónny (sa používa pri ladení po krokoch)
´0´=asynchrónny (sa používa pri preladení o hodnotu väčšiu ako 1 krok)
Mód fázového detektora
PDM1 PDM0 Fázový detektor
0 X Automatické zap./vyp.
1 0 Zap.
1 1 Vyp.
Bit módu prijímacej zbernice. V tomto móde sa zbernica vypne automaticky po
ukončení prenosu dát ´1´= prepínateľná ´0´= stále zapnutá
Výstup na testovacom vývode (vývod 18)
T3 T2 T1 T0 Test (vývod 18)
0 0 0 0 1
0 1 0 0 Referenčná frekvencia
0 0 0 1 Výstup programovateľnej
deličky
0 1 0 1 Detektor zavesenia slučky
´0´= nezavesená ´1´= zavesená
Tab. 4.5 Nastavenia riadiaceho slova B
50

Pre náš účel použijeme nastavenie slova B:
FM: 1 – pracujeme s frekvenciou nad 70 MHz
REFH: 0 – prelaďovací krok volíme na 10 kHz
CP3, CP2, CP1, CP0: zistíme experimentálne
SB2: 1 – potrebujeme využiť aj nastavenia, ktoré sa nastavujú ďalšími 8 bitmi
SLA: nastavíme podľa režimu ovládacieho programu
PDM1, PDM0: nastavíme kombináciu 00 alebo 01, čím fázový detektor nastavíme na
automatický režim
BRM: 0 – nastavíme zbernicu tak, aby bola stále pripravená na príjem dát
T3, T2, T1, T0: nastavíme počas testovania a nastavovania prijímača podľa toho, čo budeme
potrebovať merať počas nastavovania. [8]
4.6 Riadiaci modul
Tento typ prijímača má pracovať s počítačom. Pri použití bez počítača stráca svoj
význam, pretože na počítači sa nachádza detekovací program pre APT signál. Preto pre
ďalšie zjednodušenie a zníženie ceny konštrukcie riadiaci program nebude umiestnený
v mikrokontroléri a informácie o nastavenom kmitočte sa nebudú zobrazovať na LCD
displeji, ale tieto funkcie sa budú vykonávať na počítači.
Obvod SAA1057 sa dá riadiť priamo z počítača cez sériový port. Problém však je
v tom, že moderné počítače tento port už nemajú a ako náhradu namiesto neho používajú port
USB, ktorý ma veľa výhod, avšak pre náš prípad nie je priame pripojenie obvodu fázového
závesu SAA1057 s počítačom cez USB možný. Východiskom je do konštrukcie prijímača
zabudovať prevodník USB/RS232 a v programe použiť špeciálne inštrukcie na ovládanie
tohto prevodníku. Na trhu je dostupný obvod FT232BM(BL), ktorý je vytvorený špeciálne
pre prevodníky USB/RS232. Vnútorné zapojenie obvodu je na obrázku.
51

Obr. 4.23 Vnútorné zapojenie obvodu FT232BM
Parameter Hodnota Hodnota typ. Hodnota max. Jednotka
min
Napájacie napätie 4.35 5.0 5.25 V
Výstupné napätie HIGH 3.2 4.1 4.9 V
Výstupné napätie LOW 0.3 0.4 0.6 V
Vstupné prahové napätie 1.3 1.6 1.9 V
Tab. 4.6 Parametre obvodu FT232BM
Zapojenie obvodu je uvedené v katalógovom liste obvodu FT232BM. Zapojenie
obvodu FT232BM je ukázané na obrázku. Ako je vidieť, vstup obvodu sa zapája na USB
port počítača. Výstup z obvodu je port RS232 (sériový), obsahuje 4 vstupy a 4 výstupy. Pre
náš účel stačí, ak použijeme 3 výstupy na riadenie fázového závesu (DATA, CLB, DLEN)
a jeden vstup na zistenie stavu na detektore frekvencie 2400 Hz. Ako vidíme z tabuľky,
výstupné napätia obvodu FT232 neprekračujú medze požadovaných vstupných napätí
obvodu SAA1057, preto nepotrebujeme prispôsobovacie obvody. Vstupy obvodu FT232BM
reagujú na premostenie na zem. Ako bolo popísané vyššie, detektor frekvencie 2400 Hz pri
52

detekcii frekvencie prepojí výstup na zem. Preto výstup z detektoru frekvencie 2400 Hz
môžeme zapojiť priamo na vstup obvodu FT232BM.
Obr. 4.24 Zapojenie obvodu FT232BM
Na obvod FT232BM je zapojený aj obvod 93LC46B, čo je vlastne pamäť EEPROM.
Slúži na uschovanie informácii o zariadení. Ak je pri prvom zapojení konštrukcie nutné
obvod naprogramovať (zapísať do neho údaje o zariadení, výrobcovi a type USB zariadenia),
na naprogramovanie môžeme použiť program, ktorý je prílohou ku [5]. [5]
53

4.7 Celková schéma prijímača
Po návrhu, analýze a vypočítaní hodnôt súčiastok a parametrov jednotlivých blokov
prijímača, môžeme zostaviť celkovú schému prijímača.
R22
Obr. 4.25 Celková schéma prijímača
V prílohe C (obr. 1-4) sú uvedené obrázky dosák plošných spojov a v prílohe D
zoznamy jednotlivých súčiastok.
54

5 PROGRAMOVÉ VYBAVENIE
5.1 Ovládací program
Tento prijímač vyžaduje softvér ku tomu, aby mohol fungovať. Úlohou softvéru je
riadiť fázový záves, čiže presné nastavenie frekvencie, ktorú ma prijímač prijímať. Ďalej
bude popísaná štruktúra jednej z viacerých možných variant softvéru. Na obrázku môžeme
vidieť blokový diagram programu na ovládanie fázového závesu.
ON
TL. 137.1 MHz
TL. 137.5 MHz
TL. 137.65 MHz
TL. SCAN
137.1 MHz
137.5 MHz 137.62 MHz
SCAN
137.1 MHz
2400 Hz?
ANO
NIE
137.5 MHz
2400 Hz?
ANO
NIE
137.62 MHz
2400 Hz?
ANO
NIE
Obr. 5.1 Štruktúra ovládacieho programu
Pri spustení programu v hlavnom okne programu sa objavia štyri tlačítka s nadpismi
‚SCAN‘, ‚137.1 MHz‘, ‚137.5 MHz‘, ‚137.62 MHz‘. Každé tlačítko spúšťa určitú procedúru.
Pri stlačení tlačítka ‚SCAN‘ sa spustí procedúra skenovania. Prebieha tak, že pre fázový
55

záves sa vyšle inštrukcia na nastavenie prijímacej frekvencie na 137.1 MHz. Potom program
zisťuje, či na vstupe dostáva logickú ‚1‘, čiže či prijímač dostáva signál od satelitu. Program
nepokračuje ďalej, pokiaľ nedostane na vstupe logickú ‚0‘. Keď na vstupe bude logická ‚0‘
tak program pokračuje s nastavovaním frekvencie na 137.5 MHz a tiež sa potom overuje, či
sa prijíma signál zo satelitu. Po treťom nastavení frekvencie na 137.62 MHz sa program
vracia na začiatok slučky skenovania.
Tlačítka s nadpismi ‚137.1 MHz‘, ‚137.5 MHz‘, ‚137.62 MHz‘ nastavujú frekvencie
na hodnoty zodpovedajúce nadpisom.
Tento program je pre našu potrebu prijímať signály zo satelitov NOAA postačujúci.
Tento program sa dá upraviť tak, aby sa dal prelaďovať po krokoch 10 kHz. To má výhodu,
ak by sa používal konvertor na príjem signálov z iných satelitov, pre naše využitie
prelaďovanie po krokoch nie je potrebné.
56

5.2 Dekódovací program
Na dekódovanie signálov APT a zobrazenie obrázkov existuje niekoľko programov.
My sme vybrali program JvComm32. JwComm32 je program určený na detekciu rôznych
formátov ako Fax, SSTV a RTTY. Na obrázku sú ukázané okná programu JvComm32.
Obr. 5.2 Hlavné okná programu JvComm32
Program vyžaduje prívod demodulovaného signálu zo satelitu na vstup Audio Line In
počítača. Program čaká, pokiaľ v signále zaregistruje prítomnosť subnosnej o kmitočte 2400
Hz a potom začína vykresľovať obrázok po riadkoch. Pred príjmom treba nastaviť parametre
príjmu - typ modulácie (v našom prípade je to Fax) a typ satelitu (NOAA). Po príjme
obrázku sa dá tento upraviť, napríklad odstrániť pôsobenie špatného načasovania príjmu (čo
57

sa prejavuje ako posunutie obrázku do strán) alebo zlého príjmu synchronizácie (čo sa
prejavuje ako zošikmenie obrázku). Tak isto sa dá upraviť jas a kontrast obrázku a tiež je
možné zafarbiť obrázok. Zafarbenie obrázku pomáha lepšie rozlíšiť pevninu, vodné plochy
a oblačnosť.
Obr. 5.3 Porovnanie originálu prijatého a zafarbeného obrázku
58

ZÁVER
Navrhnutý prijímač je možné uplatniť vo viacerých oblastiach. Kvôli svojej
jednoduchosti a nízkej cene môže slúžiť na školách s elektrotechnickým alebo iným
zameraním, kde je potrebné mať názornú ukážku, ako vyzerá oblačnosť z vesmíru. Tak isto
sa toto zariadenie môže uplatniť v domácich a poloprofesionálnych meteo-staniciach.
S drobnými úpravami programu a pridaným konvertorom je možné prijímať aj signály
z geostacionárnych satelitov. Pri poskladaní obrázkov prijatých zo satelitu z rôznych dní, ale
toho istého miesta orbitálnej dráhy do animácie, môžeme vidieť ako sa časom mení
oblačnosť a môžeme predpovedať ďalší vývoj počasia.
Myslíme si, že príjem obrázkov z meteo-satelitov sa môže stať zaujímavým
koníčkom a niektorých zaujme natoľko, že budú chcieť postaviť zložitejšie zariadenie na
príjem HRPT obrázkov, ktoré sa používa v profesionálnej praxi.
59

ZOZNAM POUŽITEJ LITERATÚRY:
[1] HAJOŠ Z.: Frekvenčná modulácia.1. vyd. Bratislava:ALFA,1978, s. 58-62
[2] DANEŠ J.A KOLEKTIV: Amatérská radiotechnika a elektronika 2. 1 vyd. Praha: Naše
vojsko, 1986, s. 247-251, 263-268
[3] DANEŠ J.A KOLEKTIV: Amatérská radiotechnika a elektronika 3. 1 vyd. Praha: Naše
vojsko, 1986, s. 68-78, 81-91, 110-125, 130-134
[4] DOBOŠ, Ľ. – DÚHA, J. – MARCHEVSKÝ, S. – WIESER, V.: Mobilné rádiové
siete. 1. vyd. Žilina: Žilinská univerzita, 2002, s. 247-256, ISBN 80-7100-936-9
[5] MATOUŠEK, D.: Udělejte si z PC v Delphi... 1. vyd. Praha: BEN, 2003, s. 130-132,
ISBN 80-7300-111-X
[6] http://www2.ncdc.noaa.gov/docs/klm/html/c4/sec4-2.htm
[7] http://hem.passagen.se/communication/quadcoil.html
[8] http://www.irational.org/sic/radio/tech.html#Phase
[9] http://noaasis.noaa.gov/NOAASIS/ml/status.html
[10] http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/relativ/reldop2.html
[11] Praktická elektronika a radio 8/99. vyd. Praha: AMARO spol. s.r.o., s.9-11
[12] Praktická elektronika a radio 10/02. vyd. Praha: AMARO spol. s.r.o., s.7-12

ČESTNÉ VYHLÁSENIE
Vyhlasujem, že som zadanú diplomovú prácu vypracoval samostatne, pod odborným
vedením vedúceho diplomovej práce Doc. Ing. Rudolfa Hronca, PhD. a používal som len
literatúru uvedenú v práci.
Súhlasím so zapožičiavaním diplomovej práce.
V Žiline dňa 19.05.05 ..............................
podpis diplomanta

Poďakovanie
Chcel by som predovšetkým poďakovať Bohu, za Jeho milosť, že som mohol
dokončiť túto prácu.
Ďakujem vedúcemu svojej diplomovej práce Doc. Ing. Rudolfovi Hroncovi, PhD. za
jeho cenné rady pri vypracovaní tejto diplomovej práce.
Taktiež ďakujem Ing. Miroslavovi Golovi za cenné rady a pomoc v zháňaní
súčiastok.
Ďakujem Ing. Branislavovi Kišovi za praktickú pomoc pri nastavovaní prijímača.

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE
Elektrotechnická fakulta
Katedra telekomunikácií
DIPLOMOVÁ PRÁCA
PRÍLOHOVÁ ČASŤ
2006 Maxim MIZOV

4000,00
3500,00
3000,00
2500,00
2000,00
1500,00
1000,00
500,00
0,00
0 5 10 15 20 25 30
Graf. 1 Závislosť vzdialenosti satelitu voči pozemnej stanici od uhlu α
7,0
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
0 5 10 15 20 25 30
Graf. 2 Závislosť rýchlosti satelitu voči pozemnej stanice od uhlu α
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0 5 10 15 20 25 30
Graf. 3 Závislosť frekvenčného posuvu od uhlu α
Príloha 1 Grafy Dopplerovho javu

L[µH]
100
70
50
30
20
C [pF]
1000
700
500
300
200
10
7
5
3
2
100
70
50
30
20
1
0.7
0.5
0.3
0.2
10
7
5
3
2
0.1
1
10 20 30 50 70 100 200 300 500 700 1k 2k 5k 10k
X L : 120MHz 137MHz 140MHz
X C : 120MHz 137MHz 140MHz
X L ,X C [Ω]
Príloha 2 Grafy závislosti impedancie X L a X C od kapacity a indukčnosti

Príloha 3 Graf závislosti kapacity varikapu BB833 od riadiaceho napätia

Príloha 4 Tabuľka doporučených časov pre dátové slová obvodu SAA1057

a) b)
Príloha 5 Plošný spoj- spodná strana a rozmiestnenie súčiastok

a) b)
Príloha 6 Plošný spoj- horná strana a rozmiestnenie súčiastok

C1 5.6p R1 100k
C2 33p R2 100k
C3 47n R3 470
C4 4.6p R4 39k
C5 1p R5 10k
C6 1p R6 1k
C7 8.2p R7 330
C8 1p R8 3k
C9 1p R9 10k
C10 18p R10 10k trimer
C11 14p R11 120
C12 4p R12 120k
C13 100p R13 180
C14 12p R14 18k
C15 5.6p R15 10k
C16 120p R16 2.2k
C17 47p R17 10k
C18 100n R18 27
C19 100n R19 27
C20 100n R20 1.5k
C21 455 kHz demodulačný obvod R21 470
C22 47n R22 47
C23
1n
C24 100n IC1 MC13135
C25 100n IC2 NE567
C26 10n IC3 SAA1057
C27 100n IC4 93LC46B
C28 33n IC5 FT232BM
C29 10u IC6 78L05
C30
4.7u/16 V
C31 10u/16 V L1 120 nH
C32 2.2n L2 120 nH
C33 10n L3 120 nH
C34 47u/16 V L4 120 nH
C35 100n L5 120 nH
C36 100n L6 455 kHz demodulačný obvod
C37
100u/16 V
C38 10n D1 BB833
C39 27p D2 BB833
C40 100n LED Červená 3mm
C41
100n
C42 470n Q1 10.245 MHz
C43 10n Q2 4 MHz
C44 100n Q3 6 MHz
C45
6.8u/16 V
C46 100n F1 10.7 MHz
C47 100n F2 455 kHz/30 kHz
C48
33n
C49 27p CON1 BNC
C50 27p CON2 USB B
C51 100u/16 V CON3 Jack 3.5 mm
C52 100n CON4 DC
C53
100u/16 V
Príloha 7 Zoznam súčiastok