De basisbegrippen van de schotel

Televisietorens vormen sinds de komst van de Televisie in de jaren 50 een vertrouwd beeld. Net als de via de FM-band verspreide radioprogramma’s, is het bereik van televisiesignalen niet veel groter dan de zichtbare horizon. Buitenlandse televisieprogramma’s waren om die reden lange tijd voorbehouden aan kijkers in de grensstreken.

Satellieten zenden hun signalen uit op zeer hoge frequenties, die in Europa tussen de 11 en 12,5 GHz liggen (1 GHz = 1000 MHz). In Amerika, dat ons voorging, is ook de 4 GHz in gebruik. De keuze voor de hoge frequenties werd ingegeven door een aantal factoren:
• ze dringen ongehinderd door de atmosfeer, in tegenstelling tot kortegolf signalen die hierin gereflecteerd worden.
• Dankzij rechtlijnige voortplanting zijn de satellietsignalen goed richtbaar, waardoor geen energie verloren gaat buiten het doelgebied.
• Ze waren nog vrij ten tijde van de introductie satelliet, waardoor geen interferentie ontstond met terrestrische zenders
• Tenslotte bieden ze voldoende frequentie die benodigd is voor tv. Ter vergelijking: in de eerste VHF-band die in de jaren 50 in gebruik werd genomen, was slechts plaats voor drie kanalen, terwijl het huidige VHF-UHF bereik (zowel via kabel als landzenders) plaats biedt aan theoretisch 58 kanalen.

Footprints/bereik
Energie voor de zenders aan boord van een satelliet is een schaars goed, dat volledig moet worden opgewekt met zonnepanlen. De zendvermogens van de satellietkanalen, de zogenaamde transponders, is derhalve uiterst gering ten opzichte van aardse zenders. Transpondervermogens van 10 á 50 Watt zijn gangbaar terwijl terrestrische UHF tv –zenders en kortegolf radiozenders al gauw 50 tot 100 kWatt sterk zijn. Ten einde het geringe zendvermogen van satellieten optimaal te gebruiken, wordt het signaal strak gebundeld. Het gebied waarbinnen ontvangst mogelijk is, wordt weergegeven in zogenaamde footprintkaartjes. Hierin is tevens af te lezen hoe groot de schotel dient te zijn voor ontvangst. Moderne satellieten bestrijken doorgaans een heel continent.

Net als de televisietorens en kabelnetten, werken satellieten in diverse frequentiebandden. Meest gangbaar zijn momenteel de C-band rond 4 GHz en Ku-band rond 11 en 12 GHz. Voor ontvangst van elk is aangepaste apparatuur vereist. Kenmerkende eigenschappen van 4 GHz zijn het grotere bereik en de geringere signaalsterkte ten opzichte van de Ku-band kanalen. C-band is derhalve tot op de dag van vadaag populair in uitgestrekte gebieden als Afrika en Azie. Ook in het Midden Oosten is C-band nog wijd verbreid. In Europa zijn de omroepsatellieten zonder uitzondering actief in de Ku-band die loopt van 10.7 tot 12.75 GHz. De hiervoor vereiste ontvangstapparatuur is de afgelopen 10 jaar spectaculair verbeterd en tegelijk in prijs gedaald. De hoge frequenties van de Ku-band maken compacte schotelantennes mogelijk, wat een belangrijke bijdrage levert aan de acceptatie van satellietontvangst.
De toename van het aantal satellietkanalen maakte het noodzakelijk de schaarse etherfrequenties nog beter te benutten. Dit wordt bereikt door polarisatie van de uitgezonden signalen. Hierbij kan een frequentie twee keer gebruikt worden, zonder dat onderlinge storingen optreden. Polarisering van het signaal kan op twee manieren: lineair of circulair. Het laatste is van oudsher in gebruik in de C-band en kent linksdraaiende en rechtsdraaiende polarisatie. Moderne omroepsatellieten werken vrijwel zonder uitzondering met lineaire polarisatie en kennen horizontaal en verticaal gepolariseerde transponders.

Opstelling op aarde:
Voor ontvangst van satellieten voldoet de traditionele tv met “hark-antenne”niet. Ten eerste zijn de ontvangstfrequenties veel hoger en bovendien is de wijze van uitzenden (modulatie) afwijkend. Om de satellietprogramma’s op het scherm te krijgen is speciale apparatuur vereist, die een aanvulling vormt op de reeds voorhanden zijnde tv.

Een installatie voor satellietontvangst bestaat in grote lijnen uit drie delen:
- schotelantenne, die het signaal van de gewenste satelliet opvangt,
- omzetting van de hoge uitzendfrequenties met behulp van de Low Noise Blockconverter LNB naar een lager gebied dat door middel van een coaxleiding te transporteren is,
- selectie van het programma en aanpassing van het signaal aan de bestaande televisie door middel van een ontvanger, de zogenaamde set-top box. Deze zorgt tevens voor het eventuele ontcijferen van gecodeerde signalen.

De schotel
De schotel is een parabolische reflector die de zwakke satellietsignalen bundelt in zijn brandpunt. De schotel dient daartoe te worden uitgericht op de satelliet waarvan programma’s ontvangen dienen te worden. Dankzij de kleine openingshoek van schotels bereiken alleen de signalen van de satelliet waarop de schotel is uitgericht het brandpunt en zullen signalen van naburige satellieten – die veelal op dezelfde frequenties uitzenden – worden onderdrukt. De versterking van een schotel neemt toe naarmate de diameter ervan groter wordt. Bij gelijk blijvende diameter neemt de versterking toe, naarmate de ontvangstfrequentie toeneemt. Hierdoor is voor ontvangst van C-band (4 GHz) een grotere schotel vereist dan voor de Ku-band (11/12 GHz). Schotel zijn er in diverse uitvoeringen, waarvan de belangrijkste zijn:

Prime centre focus
Hirbij bevindt zich de LNB recht voor de reflector, die symmetrisch van vorm is. Aangezien de LNB zich in de stralenbundel bevindt, treden verliezen die vooral bij kleinere schoteldiameters hinderlijk kunnen zijn.

Prime offset
De LNB staat hierbij buiten de stralendbundel van het satellietsignaa, waardoor een hoog rendement word verkregen. Dit type schotel is in verreweg de meeste consumenten installaties in gebruik.

Cassegrain
Door in een prime centre focus schotel de LNB te vervangen door een hulpreflector die de invallende stralenbundel nogmaals reflecteert richting LNB wordt een verhoogd rendement verkregen ten opzichte van de prime centre focus schotel. Dit type schotel wordt vrijwel uitsluitend toegepast voor uplink doeleinden.

Gregorian offset
Net als bij de Cassegrain schotel kent dit type een hulpreflector, die echter anders van vorm is. Anders dan bij de Cassegrain zitten hulpreflector en LNB niet in de stralenbundel waardoor een hoog rendement wordt verkregen.

Dankzij de sterke bundeling van de hoge frequenties die satellieten gebruiken en de kleine openingshoek van satellietschotels, is het mogelijk dat naburige satellieten dezelfde uitzendfrequenties benutten. Om op aarde de satellieten te kunnen onderscheiden dient de schotel een voldoende kleine openingshoek te bezitten. Bij vrij zicht van horizon tot horizon is op elk punt op aarde ongeveer een derde deel van de Clarke belt zichtbaar. In Europa zijn daarom geen Amerikaanse of Aziatische satellieten te ontvangen!

Wie diverse satellieten wil ontvangen, dient ofwel verscheidene vast uitgerichte schotels op te stellen, dan wel een schotel draaibaar te maken. De geostationaire baan waar de satellieten zich bevinden ziet er voor een waarnemer op aarde uit als een zonnebaan.

Door een schotel op een polarmount te monteren, waarbij de draaias dezelfde stand heeft als de aardas, kan de schotel met een enkelvoudige beweging de geostationaire baan volgen en zo alle “zichtbare”satellieten ontvangen.

De kanalen van omroepsatellieten als Astra en Eutelsat Hot Bird zijn verdeeld over twee frequentiegebieden, de lage en hoge Ku-band. Beide kennen twee polarisaties, horizontaal en verticaal. Bij elkaar opgeteld levert dit vier mogelijkheden op. De Universal LNBF zet steeds alle kanalen binnen een van deze vier gebieden in een keer om naar het bereik 950 – 2150 MHz. De keuze welk gebied wordt omgezet, verzorgt de ontvanger door middel van de LNB-voedingsspanning. Bij 13 volt spanning worden de verticale frequenties omgezet, bij 18 volt de horizontale. Wordt aan de voedingsspanning een 22 kHz wisselspanning toegevoegd, dan schakelt de Universal LNBF naar de hoge band.