Omroepsatelliet

[mebo870]

Een omroepsatelliet is de algemene benaming voor een communicatiesatelliet die gebruikt wordt voor het verzenden van omroepsignalen naar de aarde. Er zweven honderden van deze satellieten rond de aarde in de zogenaamde geostationaire baan op zo'n 35.786 Km vanaf zeeniveau boven de evenaar. De omlooptijd van deze baan is 23 uur en 56 minuten, exact gelijk aan die van de aarde. Een object in deze baan houdt het draaien van de aarde om zijn as precies bij, en staan dus stil t.o.v. de aarde. Af en toe wordt de satelliet licht bijgestuurd met kleine raketjes als deze dreigt af te wijken.
Dit wordt 24 uur per dag beheerd vanaf de grondstations op aarde.
De ontvangstantenne op aarde kan op die manier vast opgesteld worden.
Wil men meerdere satellieten van verschillende baan-posities ontvangen, dan zijn verschillende gerichte antennes vereist.



Geschiedenis
Het satelliet tijdperk begon op 4 oktober 1957 met de lancering van Spoetnik 1. De spoetnik was een metalen bol met een doorsnede van 58 cm en een gewicht van 84 kilo. Hij beschreef elke 90 minuten een baan om de aarde op een hoogte van 1000 kilometer. Er was een kleine radiozender aan boord en een thermometer om temperatuur in de ruimte te meten. Naar huidige maatstaven lijkt deze satelliet simpel, maar in die tijd stond de wereld verbaasd. De spoetnik 1 stuurde radiosignalen naar de aarde, maar na ongeveer 90 dagen viel hij terug in de atmosfeer van de aarde en verbrandde als een vallende ster.

De eerste echte communicatiesatelliet was de Telstar. Deze satelliet werd in 1962 in een elliptische baan rond de aarde gebracht waarin hij in twee uur rond de aarde draaide. De Telstar kon tijdens iedere omwenteling slechts 20 minuten worden gebruikt voor een Trans-Atlantische verbinding. De Telstar werd onder andere gebruikt om televisiebeelden door te geven.

Op 20 augustus 1964 werd Intelsat opgericht. De International Telecommunications Satellite Organisation werd door een aantal nationale PTT's, waaronder die in Nederland, opgericht. De eerste satelliet van Intelsat, de Intelsat I of de Early Bird, werd in 1965 in omloop gebracht. De Early Bird was de eerste satelliet die van de geostationaire baan gebruikmaakte.

Doeleinden
De satellieten in de geostationaire baan worden voor verschillende doeleinden gebruikt. Er wordt onderscheid gemaakt tussen telecommunicatie satellieten en Direct Broadcasting Satellites.
De telecommunicatie satellieten zijn niet bedoeld voor de consument, maar zorgen voor een verbinding vanaf opnamestudio's naar ontvangststations van kabelmaatschappijen of voor het verzenden van "ruw" opname materiaal van nieuws uitzendingen en sportwedstrijden naar de studio. Dat laatste wordt een feed genoemd. Alles wordt uitgezonden, zoals origineel geluid en verslaggevers vlak voor de uitzending. Het station waar het signaal voor bedoeld is, ontvangt het met een schotel en zendt het (vaak bewerkt) uit op de eigen zender. Deze "feed” satellieten zijn ook door gewone consumenten met een grote draaibare schotel van 1 meter doorsnede te ontvangen.
De uitzendingen van DBS-satellieten, oftewel directe omroepsatellieten zijn gericht op Direct To Home (DTH) verbindingen, waarbij het signaal rechtstreeks vanaf de satelliet in de huiskamer van de consument terecht komt zonder tussenkomst van een kabelmaatschappij. Dit is mogelijk met behulp van een parabolische antenne die de vorm heeft van een "schotel", vandaar schotelantenne, en hebben een diameter van tussen de 40 en 90 cm. Vanwege deze geringe diameters zenden directe omroepsatellieten met een groot vermogen uit, circa 200 Watt per zender. Voor telecommunicatie satellieten worden paraboolantennes van 1 tot 3 meter gebruikt, omdat daarvan het vermogen veel kleiner is.

Techniek
Satelliet komt van het Latijnse woord satelles, wat begeleider betekent. Satellieten worden ook wel kunstmanen genoemd, omdat ze net als de maan om de aarde draaien. De maan is dus de enige natuurlijke satelliet die om de aarde draait. De kosten van één satelliet, inclusief lancering, lopen al gauw op tot honderden miljoen euro's. Het bouwen van een satelliet, afhankelijk van de grootte, duurt gemiddeld 30 maanden. De levensduur kan variëren tussen de 12 en 15 jaar, afhankelijk van hoe snel de brandstof van de bijsturende raketjes op is. De satellieten worden eerst gelanceerd naar een elliptische omloopbaan vanwaar ze zich op eigen kracht bewegen naar een geostationaire baan op zo'n 36.000 km hoogte boven de aarde. Protonraketten gebruiken een viertraps raketsysteem, waardoor de satellieten dichterbij hun uiteindelijke punt terechtkomen dan wanneer ze gelanceerd worden met een Arianeraket. Het manoeuvreren naar de geostationaire baan vereist dan minder brandstof van de satelliet. SES Astra is het bovendien gelukt om meerdere satellieten op één locatie op de geostationaire baan te plaatsen, ongeveer een kilometer achter elkaar.

Up en Downllink
Een satelliet is niet in staat zelf programma's uit te zenden, het "herhaalt" signalen die van de aarde naar de satelliet worden uitgezonden door de ontvangen signalen opnieuw uit te zenden richting aarde op een andere frequentie.
Vanaf de aarde verzenden grote parabolische schotelantennes een vrij krachtig signaal precies richting satelliet.
Dit is al mogelijk met een parabolische antenne op een auto met een zender en een krachtige accu, of met een parabolische antenne ergens in een veld (bijvoorbeeld bij een voetbalwedstrijd). Maar de meeste programma's worden uitgezonden met behulp van enorme omroepinstallaties.
De krachtige signalen die vanaf de grondstations naar de satelliet worden gestraald, noemen we de uplink, oftewel "de verbinding naar boven".

Het terugzenden van het signaal heet de downlink, oftewel de verbinding naar beneden.
Het is belangrijk dat de frequentie van de uplink groter is dan bij de downlink, anders zou het teveel energie kosten om de frequentie te verhogen.



Transponder
Eén van de belangrijkste onderdelen op de satellieten zijn de transponders, welke bestaan uit een ontvanger, een converter, en een zender.
De transponder pikt een signaal van een bepaalde frequentie (14 GHz) op, en zendt dit terug op een lagere frequentie (12 GHz), beide in de SHF-band.
De converter zorgt ervoor dat het het signaal op de juiste uitzendfrequentie terecht komt.
Een hedendaagse satelliet beschikt gemiddeld over 20 tot 50 transponders.
Via één transponder kunnen ongeveer 8 digitale televisiekanalen in goede kwaliteit worden doorgegeven.
Hoe meer kanalen op één transponder, des te lager de bitrate per kanaal wordt.
Daarnaast kunnen er ook nog een aantal radiokanalen worden doorgegeven op dezelfde transponder.
Sinds oktober 1995 zijn de satellieten van SES Astra D*gitaal gaan uitzende, daarvoor kon er analoog maar één kanaal op een transponder.
Anno 2011 zenden nog enkele tientallen Duitse kanalen analoog uit, maar die zullen allen stoppen in 2012.
Een bekend nadeel aan de digitale uitzendingen is dat snelle bewegingen soms wat streperig overkomen, dit is ook afhankelijk van de bitrate en het televisietoestel waarop de uitzending wordt bekeken.
Het uitrichten van de schotel komt ook iets nauwkeuriger, omdat een zwak D*gitaal signaal wegvalt of gaat blokken en hikken, terwijl er bij analoog ruis ontstond bij verkeerd uitrichten.
Een voordeel is dat ineens tien keer zoveel kanalen op één satelliet te plaatsen zijn.
Bovendien kunnen aan het digitale signaal allerlei extra gegevens worden toegevoegd, zoals een elektronische programmagids (EPG) en mogelijkheden om meerdere Audiosporen of ondertiteling toe te voegen waardoor een programma in meerdere landen bruikbaar is.

Beam
Om iets te kunnen terugzenden is een antenne nodig. Deze “antenne” op een satelliet wordt een BEAM genoemd.
Een satelliet beschikt over een aantal beams, doordat de beams op de satelliet draaibaar zijn, kan men vanaf de aarde beslissen waar het signaal van de satelliet te ontvangen is.
Een beam heeft een bepaald bereik op het aardoppervlak, afhankelijk van de plaats waar de satelliet zich bevindt. Een satelliet die zich boven Europa bevindt kan met zijn beam bijvoorbeeld nooit de Verenigde Staten bereiken, daarvoor is de afstand te groot.

Footprint
De satelliet stuurt het signaal in een gerichte bundel terug, het gebied op het aardoppervlak waar dit signaal te ontvangen is, noemt men de footprint, oftewel de voetafdruk van de beam.
Het signaal komt logischerwijs het sterkst door in het midden van de footprint, hoe verder we aan de rand komen, des te zwakker het signaal wordt.
De locatie waar men zich in de footprint bevindt, is bepalend voor de diameter van de schotelantenne.

Wanneer een schotelantenne het sterkste signaal heeft, dan wijst de optische as van de paraboloïde precies naar de satelliet. Wanneer de schotel niet precies naar de satelliet wijst, dan neemt de veldsterkte af. De totale verdraaïngshoek waarbij de veldsterkte zo'n 3dB verschilt noemt men de openingshoek.
Deze hoek wordt kleiner wanneer de schotel groter wordt, een schotel met een grotere openingshoek kan bijvoorbeeld signalen afkomstig van andere satellieten die zich in de buurt van de gewenste satelliet bevinden oppikken, waardoor deze storingen veroorzaken, dit is een bekend nadeel van een te kleine schotel, maar in de praktijk blijkt dit zelden tot problemen te leiden.
In Nederland/Belgie is een 60 cm schotel voldoende om storingsvrij naar Astra 19,2°O , Astra 23,5°O, Astra 28.2°O te kijken, mits de schotelantenne natuurlijk goed uitgericht is.
Met een kleinere schotel van 40 cm, die vaak op campings of op boten wordt gebruikt, is het signaal nog redelijk te noemen.
Het signaal hoeft niet per se 100% te zijn, het mag maximaal 0,6° van de satelliet afwijken.
Voor andere satellieten, als de Hotbird of Eutelsat zijn in Nederland grotere schotelantennes (80 tot 100 cm) noodzakelijk.
Met een vaste schotelopstelling kan men logischerwijs één satelliet positie ontvangen.
Op één positie is het ook nog eens mogelijk meerdere satellieten te stationeren, op de Astra1-positie (19.2) bevinden zich momenteel 8 satellieten, dit noemen we een satelliet cluster,
Vandaar de verschillende benamingen op deze positie zoals  Astra 1H | Astra 1KR | Astra 1L | Astra 1M
 
Om meerdere satelliet posities te ontvangen, kan men kiezen uit verschillende mogelijkheden. Een monoblock (franse benaming voor Duo LNB), of multi focus schotel (meerdere losse LNB's op één schotel).
Maar voor wie veel satelliet posities wenst te ontvangen, is een beweegbare schotel opstelling met motor de beste oplossing.




Clarke Belt
De satellieten die voor de overdracht van radio- en tv-programma's worden gebruikt, bevinden zich in een denkbeeldige ring om de aarde, op 35.786 kilometer boven de evenaar. Deze geostationaire baan, beter bekend onder de benaming Clarke Belt, heeft als eigenschap dat deze dezelfde omloopsnelheid heeft als die van de aarde, waardoor de satellieten in die baan ten opzichte van de aarde lijken stil te staan.



Parabolische-DTH-antenne
De schotelantenne werkt als een reflector, hoewel schotels er in allerlei soorten en maten zijn, gemaakt van kunststof, geplastificeerd ijzer, aluminium of glas, is het belangrijk dat er altijd reflecterend materiaal zoals een ijzer vlechtwerk of folie in is verwerkt om de signalen te kunnen weerkaatsen.
De signalen die een afstand van 36000 kilometer moeten overbruggen, zijn begrijpelijk enorm zwak, daarom is het van belang dat de schotelantenne exact staat uitgericht op de satelliet.
De schotel bundelt de signalen, en weerkaatst deze in een centraal punt, waar de LNB zich bevindt.
In de ontvangstkop bevindt zich een kleine antenne van 1 cm. De antenne is zo klein, omdat de frequentie zeer hoog is en daardoor de golflengte heel klein. De kop ontvangt het signaal en versterkt het signaal met een factor tot wel 100.000 keer. Hierna wordt de ontvangen frequentie van 12 GHz omgezet naar een lagere frequentie (900 – 1800 MHz).
Deze frequentie moet verlaagd worden, omdat de coaxkabel, de verbindingskabel tussen de LNB en de satellietontvanger, anders voor teveel signaal verlies zorgt, bovendien kan de satelliet ontvanger deze hoge frequenties niet aan.