TELEVİZYON YAYIN SİSTEMLERİ

TELEVİZYON YAYIN SİSTEMLERİ

Bu bölümde TV görüntü ve ses sinyallerinin geniş kitlelere ulaştırılması içim kullanılan, elektromanyetik dalga( Radyo Dalgaları) yayıncılığı tekniklerini ele alacağız. Kablo TV ve Kablosuz Kablo TV yayıncılıklarını daha sonra izah edeceğim.

Bu bölümde TV yayıncılığı için kullanılan;
• Yer vericileri ve sistemleri
• Radyo link alıcı,verici sistemleri

Bugün dünyanın bir çok yerinde TV yayıncıları izleyicilerine yayınlarını bölgesel veya lokal TV yer vericilerinden göndermektedir. Radyo dalgalarının ışık hızında hareket etmesi, yayınlanan sinyallerin anında çok geniş kitlelere ulaşabilmesini sağlar,ancak radyo dalgalarının atmosferde yayılması anında büyük kayıplar söz konusudur. Görüntü sinyallerinin yüksek frekanslı olması nedeniyle, bu sinyalleri taşıyabilecek elektromanyetik dalgalarında titreşimleri üst frekans bantlarında seçilmiştir. Radyo yayınlarının başladığı ilk yıllarda kullanılan düşük titreşim hızına sahip dalgalar yıllar içinde geliştirilerek, günümüzün uydu yayıncılığındaki mikrodalgalara kadar ulaşılmıştır. Atmosfer tabakaları ve yeryüzü şekilleri , elektromanyetik dalgalara titreşim hızlarına bağlı olarak değişik tepkiler veririler. Kısa dalga bandının (5 ile 50mhz arası) frekanslarında titreşen elektromanyetik dalgalar, atmosferin iyonosfer tabakasından geri yeryüzüne yansırken, orta ve uzun dalga frekanslarındaki sinyaller(150 ile 350khz,550 ile 1500khz arası ) ise yeryüzüne paralel olarak yol almaktadır. Örnek olarak Ankara uzun dalga radyo vericisinin 182khz frekansıyla yayınları, Erzurum,Edirne,Diyarbakır vs. Türkiye’nin her noktasından alınabilmektedir. TV yayınlarının yapıldığı VHF ve UHF bantlarının dalga frekanslarının çok yüksek olması nedeniyle, bu dalgalar küresel biçimde değil de,yönlendirilebilir şekilde yayınlanmakta, ve çarptıkları bina, kaya gibi yüzeylerden oldukça yüksek oranda yansıyabilmektedirler. TV vericilerinin yayın yapacakları bölgeye hakim bir noktaya kurularak yayın yapmaları bölgedeki alıcıların antenlerine doğrudan yayın yapmak içindir. Kuş bakışı şeklide yapılan yayın, bölgedeki her antene kadar tüm alıcı antenlere ulaşacaktır.

Radyo,TV Yer Vericileri(Terresterial Transmitters)

Bugün için her çeşit bilginin ve enformasyonun geniş kitlelere ulaşabilmesinin en ekonomik yöntemi, elektromanyetik dalgalar halinde yayınlanmasıdır. Tüm verici sistemlerde ortak nokta, bilgiler( ses,renk,ışık) elektriksel işarete çevrilerek, çok daha hızlı titreşim taşıyıcı radyo dalgalarının üzerine bindirilerek veya kablo ile yayınlanmasıdır. Radyo dalgaları bir anten üzerinden, hava titreşimleri ile atmosferde yayınlanır. Elektromanyetik dalgaların yayılma hızı saniyede 300.000 km olup, titreşim frekansların dalga boyu şu formülde hesaplanır.
L=dalga boyu F=mhz,khz
V=hız 300.000 km/snV=FxL ise L=V/F olarak hesaplanır.

Pratikte elektromanyetik dalgaların yayını anında, daima bir miktar gürültü yayınlanan sinyale karışmaktadır(motor gürültüleri, otomobil ateşleme gürültüleri). Elektromanyetik dalga yayıncılığında amaç, yayınlanan sinyale dışarıdan istenmeyen hiçbir sinyalin karışmaması etki etmemesidir. Gürültü oranı düşük, temiz bir sinyal elde edilmesi için taşınacak sinyal, taşıyıcı elektromanyetik dalgayı değişik yöntemler ile modüle ettirilir. Elektromanyetik dalga yayıncılığında, dalgaların dış etkenlerden etkilenmesi en çok benzeri dalgalardan olmaktadır. Yayın yapılacak bölgelerin büyüklüğü paralelinde, vericilerin yayın frekansları ve güçleri tayin edilir. Yayıncılıkta amaç mümkün olan en az sayıdaki verici ile en geniş alana yayın yapabilmektedir. Böylece elektromanyetik dalgaların birbirini etkilemesi minimum düzeyde olacaktır.

Verici sistemlerin iç bölümlerini ve çalışmalarını daha detaylı olarak izah edebilmek için bir VHF Televizyon vericisinin devrelerini incelemek gerekir. Örnek olarak alınan verici 1000 Watt görüntü çıkışı olan Siemens TV vericisidir VHF I bandında 5,12. kanallara ayarlanabilen TV vericisi 1 kw resim yayını ve 100 w ses yayını gücündedir. Çıkış katı haricinde tüm devreleri yarı iletken elemanlı vericinin, 2 video girişi, bir ses girişi olup video girişleri seçilebilir türdedir. Toplam anten çıkış gücü 1,1 kw olarak ayarlanmıştır. Bu güçte minimum anten yansıması verilebilmektedir. Vericinin orijinal şemalarından sadeleştirilerek çizilen blok şemada görüleceği gibi video ses girişleri ayrı ayrı iki kata uygulanmaktadır.

İlk olarak şekil-6 da ki Exciter bölümünden başlayarak devremizi basitçe anlatalım. Exciter bölümü tüm vericide kullanılarak taşıyıcı sinyallerin kristal osilatörlerden üretildiği bölümdür. Vericinin sürücüsü ve çıkış katları kapansa dahi bu bölüm çalışır. Dahili kristal osilatörden sinyalleri üretebildiği gibi diğer bir vericiden de giriş alarak senkronize yayın için iki verici birbirine kilitlenir. Kristal kontrollü kanal osilatörü frekansı, resim taşıyıcı frekansının 184 de biridir. Bu kristal osilatörün çıkışı 3’e katlayıcı bir devre ile yükseltilir,ardından ikileyici ve üçleyici verilerek, kristal osilatörün frekansı 18 ile çarpılarak ana resim taşıyıcı frekansına getirilmiştir.

Görüntü taşıyıcı ile ses taşıyıcı arasında 5,5mhz lik bir bant genişliğini sağlayabilmek için iki ayrı frekansta kristal osilatör bulunmaktadır. Resim işaretinin genlik modülasyonuna tabi tutulacak olan taşıyıcı sinyali için bir başka kristal(38,9mhz) kullanılmıştır. Bu osilatöre IF osilatörü denir.

38,9mhz lik resim IF taşıyıcını üreten osilatörün bir çıkışı yükseltilerek video modülatöre uygulanır. Video modülatörde modüle edilmiş olan video IF taşıyıcısı çıkışı bir başka çeviricide de ana resim taşıyıcı ile karşılaştırılarak sürücü amplifikatöre uygulanır. Bu iki ayrı çevirici kullanma yöntemi ile ana resim taşıyıcısındaki frekans kararlılığı bozulmamıştır.

Ses taşıyıcısı bölümünde ise, video IF osilatörünün bir başka çıkışı ile sabit 5,5mhz lik bir başka kristal osilatörden üretilen sinyaller bir karıştırma devresinde karıştırılarak (38,9-5,5=33,4mhz) 33,4 mhz lik ses taşıyıcısı sinyali elde edilir. Bu sinyal FM modülatörü katında ses sinyali ile modüle edilerek, frekans katlayıcı devreye uygulanır. Burada da yayın frekansındaki taşıyıcı ile karıştırılarak , sürücü ve çıkış katlarında uygulanır.

Video modülatörü katı, sadece modülasyon işlevini yapmakla kalmayıp artık yan bant filtresi ve ‘differential gain’ düzeltme işlevi gerçekleştirilir. Exciter ‘ de üretilmiş olan 38,9 mhz lik taşıyıcı IF sinyal bu katta video sinyali AM modülasyonuna tabi tutulur.

Video modülatör katının girişinde DC sabitleyici ‘clamp’ devresi bulunmaktadır. Modülasyon anında, taşıyıcı sinyalin seviyesi, video işaretinin DC seviyesine de bağlı olduğu için video işaretinin modülatör girişinde clamp edilmesi gerekir. ( modülasyon anında DC voltaj değişimleri ,alıcıda parlaklık değişimleri oluşturur.) ‘clamp’ devresi sayesinde sabit bir DC gerilim ile yayınlanan sinyal ile sabit değerde parlaklığa sahip video sinyali gönderilmiş olur.

Video sinyali, video genlik modülatöründen çıktıktan sonra 5W lık bir frekans katlayıcı bir güç yükseltecine girer daha sonra bu video sinyali sırasıyla, 100,1000 ve 10000W lık güç yükselteçlerinden geçerek birleştiriciye girer.

Ses sinyali ise, FM modülatöründen çıktıktan sonra o da 5W lık bir frekans katlayıcı bir güç yükseltecine girer daha sonra bu video sinyali sırasıyla, 100 ve 1000W lık yükselteçlerinden geçerek birleştiriciye girer. Daha sonra bu iki sinyal birleştirildikten sonra anten çıkışında ; 10KW lık görüntü sinyali ve 1KW lık ses sinyali çıkar.

renkli Frekans katlayıcı(yayın fre.)
video ccvs

.
.
Genlik Mod. Video 100w 1000w 10000w
1 2 3 Güç amp. Güç amp. Güç amp.

38,9 mhz RF

33,4 Mhz RF ses taşıyıcı Frekans katlayıcı(yayın fre.)
ses girişi ses kanalı
1.kanal
ses kanalı

stereo ses Mod.
ses çıkışı
100W 1000W
ses girişi Güç amp. Güç amp.
2.kanal

Birleştirici
kazanç fre.
Anten çıkışı 10KW görüntü,1KW ses
Giriş kazanç ayarı

Şekil-6 1KW Televizyon Vericisi Blok Diyagramı

1= video kazancı
2=renk doyumu
3=video frekans ayarları

DİJİTAL TV VERİCİLERİ ve TEKNİK ÖZELLİKLERİ

Günümüzde yer verici sitemleri dijital görüntü ve ses yayıncılığına yönelmişlerdir. Yayınlanacak sinyaller lojik seviyede olacağından (0 ile 5volt,0 ile 2,8volt(low)) 2,8 volttan 5 volta kadar(high) sayılır, verici çıkış gücü hesaplamalarında ortalama güç, ve yayınlanan güç faklı referanslarda ölçülmektedir. Yayınlanacak sinyalin sabit yada değişken veri iletim hızında (constant, variable bit rate) olması da, verici çıkış güçlerinin farklı ölçümlerini gerektirir. Verici çıkış gücü hesaplamaları, yayın yapılacak bölge genişliği, anten kazancı ve iletim kaybı oranları ile hesaplanır.

Örneğin ;Eskişehir gibi düzlük ve orta büyüklükte bir ilde, bölge genişliğine göre toplam 100kw rms (efektif) gücünün de bir yayının yapılması gerekiyorsa,bu güçte yayın yapacak bir sayısal verici ünitesinin çıkış gücü basit olarak şöyle hesaplayabiliriz.

Anten çıkış gücü 100 kw rms olacaksa
Anten kazancı yayılım şekline bağlı olarak 2 ile 40 arasında olabilir.
Normal olarak anten kazancını 20 alalım.
Verici çıkışında antene kadar olan transmisyon hattında ve anten bölücülerinde kayıp %30, verim ise %70 olarak ele alalım.

Bu değerler doğrultusunda vericinin çıkış kw olarak şöyle hesaplanır.

Verici gücü

Verici cihaz çıkışı 5kw(rms) iken bölücü ve hat kayıplarını da ekleyecek olursak ( 5kw(rms) %70 kayıpla yayın antenine gidecekse) 5/0.7=7,15kw(rms) verici çıkışında olması gereken güçtür.

Sayısal güç iletiminde kullanılacak oran ( max gücün-averaj güce oranı ) 4 olarak alınır. Sayısal yayın yapacak olan vericinin çıkış gücü 4×7,15=28,6 kw olarak çıkacaktır.

TV verici üniteleri,UHF ve VHF frekans bantlarını kullandıkları için yüksek çıkış gücü isterler. Yüksek çıkış gücü istenmesinin bir diğer nedeni de , 7mhz bant genişliğine sahip yayın yapma zorunluluğundan gelmektedir.

Verici çıkışları elektronik olarak üç ayrı türde eleman tabanlı dizayn edilirler.

1. Yarı iletken çıkış katları: FET,MOSFET,LDMOS,SiC modern yarı iletkenler ya da yüksek frekanslı RF transistörler ile yapılmalıdır.
2. Elektron lambalı çıkış katları: kontrol gri beslemeli, tetrod ve diacrode lambalar
3. Kliston tabanlı çıkış katları: özellikle üst UHF kanallarında standart,MSDC ve IOT klyston elemanlı çıkış katları.

Yarı iletken verici çıkış katları özellikle FM ses,VHF I orta, kısa,uzun bantlardaki yayınlar için silikon transisitörler ve MOSFET transistörler elektron tüplerinin yerlerini almışlardır. Paralel ve kaskad bağlantı yapılarak istenilen güce kolaylıkla ulaşılmakta ve paralel çıkışta bozulan bir eleman ve devresinin devre dışı kalarak toplam gücü kesmeyip, bozuk devrenin gücü kadar kayıpla yayına devam edebilmektedir. UHF bantlarında kullanılan,MOSFET LDMOS yada Slicon Carbide(SİC) tipi elemanlar yüksek maliyet getirmektedir. Tek elemanda yeterince güç alınmadığından ( bir MOSFET transistor için UHF de maksimum 250-300 w çıkış verebilmektedir.). Yüksek çıkış güçleri için paralel çalışan eleman sayısı arttırılmakta ve bu da devre maliyetlerini yükseltmektedir. UHF çıkışlarında özellikle elektron lambaları tercih edilir. Çünkü bir tek lambadan 100kw çıkış gücü alınabilmekte, bu da ekonomik,ayarlaması kolay, tek bir devre dizaynı demektir.

Yarı iletken çıkış katlarının, avantajları – dezavantajları şöyle sıralayabiliriz;

• Güç harcamaları çok düşüktür.
• Düşük voltaj gerektirir.
• Ön ısıtma problemi olmadığından hemen devreye girerler.
• Sistem normal olmayan şartlar altında çalışır ise çok çabuk yanabilirler,arızalanabilirler.
• Normal şartlarda kullanım ömürleri sonsuzdur.
• Kontrolleri çok kolaydır.
• Yaydıkları ısı çok düşüktür ve soğutma problem değildir.
• Az yer kaplarlar.
• Düşük güçlerde ve düşük frekanslarda çok az maliyetle devre üretilebilmektedir.
• Sistem testleri ve ölçümleri kolaydır.
• Çıkış güçleri A ve AB sınıfı amplifikatör olarak dizayn edildiklerinden, görüntü sinyali seviyesindeki hızlı değişimlerde, kararlı bir çıkış veremeyip kolayca arızalanabilir.
• Paralel bağlantı ile yüksek güç verebilmelerine karşın paralel elemanlar arasındaki farklılık, değişik akım ve ısı oluşumuna, dolayısıyla çabuk bozulmalara neden olabilir.
• Anten çıkış bağlantısı kopunca anında yanabilir.
• Olumsuz hava şartlarından dolayı anında yanabilir.

RADYO LİNK SİSTEMLERİ ve ÇALIŞMA PRENSİPLERİ

Radyo link sistemleri, öncelikle telefon şebekelerinde şehirlerarası iki yönlü hat bağlantısını sağlamakta kullanıldılar. Daha sonra radyo ve televizyon yayınlarının bölgelerarası aktarımlarını ve ulusal yayın ağlarını oluşturmada kullanıldılar. Radyo linkler mikro dalga frekansında noktasal bağlantı için kullanılırlar. İki nokta arasında iletilecek olan sinyal,ses, görüntü ya da bilgisayar verisi olsun, kablo ile taşımak yüksek maliyetli olacaktır, ayrıca iletim mesafesi içinde kablo hattında gelebilecek en ufak arızanın giderilmesi zaman alabilecektir. Bugün için bazı PTT kurumları tarafından halen kullanılan radyo link ağları, tüm ülke haberleşmesini sağlamaktadır. Çalışma frekansına bağlı olarak bir taşıyıcıda 200 ile 10.000 telefon hattının bilgisi radyolink ile taşınabilmektedir. Mikro dalga frekanslı elektromanyetik dalgalar, ancak antenler ile yayılıp, toplanabilirler. Küresel dağılmayıp ışık hüzmesi şeklinde hareket eden mikro dalga sinyalleri çevre koşullarından oldukça az etkilenirler. Radyo link sistemlerin yerleşimlerinde hep en yüksek tepelere konması gerekir.

Radyo Link Verici Sistemleri Çalışması

Radyo link verici sisteminde taşınacak olan görüntü,ses ya da data sinyalleri ayrı ayrı işlenirler ve en son çıkış katında bulunan birleştirici hattında tek bir çanak ve çıkış yükselteç kullanılarak yayınlanırlar. Radyo link verici ünitesi blok diyagramı şekil-7 de görülmektedir.

harmonik

CCVS

Video giriş
10W
6Ghz modüllü
sinyal

Verici çanak anten

TWT anten çıkışı

Ölçüm paneli

Şekil-7 Radyo link Verici Ünitesi Blok Şeması

Yukarıda çizmiş olduğum blok şema görüntü iletimini sağlayan bir radyo link ünitesine aittir. Bu sistemin özelliklerini ve çalışmasını şöyle anlatabiliriz. Birleşik görüntü sinyali, öncelikle üretici firmanın dizaynına bağlı olarak ya 36 mhz ya da 70 mhz taşıyıcıyı FM frekans modüleli olarak işler. Bu devrede FM modülatör katında, görüntü sinyali 70mhz’lik taşıyıcının üzerine bindirilir. 70mhz’lik taşıyıcı 6Ghz’lik ana osilatörden bölünerek üretilebildiği gibi,frekans kilitlemelide olabilir. Ana osilatörün ana yayın frekansında olup faz kilitleme yapılır ve istenilen yayın frekansına ayarlanabilir. Mixer katında ana osilatör ile FM modüleli 70mhz’lik taşıyıcının toplamı alınarak çıkış verilir. İzolatör ve takip eden bant geçiren filtre ile istenmeyen harmonik gürültüler, sinyalleri yok edilerek sadece taşıyıcı, RF amplifikatörde yükseltilir.

Bazı sistemlerin mixer katında, seviyesi ve frekansı bilinen bir pilot referans sinyali seçilir ve eklenir. Bu sinyalin seviyesi belli olduğundan, radyo link vericinin ileriki kısımlarında ve alıcının katlarında otomatik kazanç ayarları için kullanılır. Sürücü amplifikatörün çıkışı ana çıkış katı olarak kullanılan, TWT(Travelling Wave Tube) elemanlı devreye gelir, burada sinyal istenilen yayın gücüne yükseltilir. Bazı radyo link sistemlerinde güç amplifikatörü olarak adlandırılan bu bölüm ayrı bir ünite olarak antenin üzerine doğrudan monte edilir.

Bu sayede daha az güç kaybı olmaktadır. Kullanılacak kablo ve diğer yüksek frekanslı iletim organlarından dolayı meydana gelen kayıp ve istenmeyen gürültü bu sayede engellenebilmektedir. Ana çıkış güç katını takiben, istenmeyen harmonikleri kesen filtreler ile cihazın kontrollerinin ve ölçümlerinin yapıldığı bölümler bulunmaktadır. En son kademeden önce birleştirici katı konularak, yakın frekanslardaki diğer taşıyıcıların tek bir antenle iletilmesini sağlamak için toplama devresi işlevini görür. Bu sayede aynı yöne gidecek olan sinyaller(ses,görüntü, telefon,data verisi) ortak bir çıkış katı ve antenle iletilebilmektedir. Radyo link sistemlerde, görüntü için ayrılan bant genişliği bir ön taşıyıcı kullanılması nedeniyle en az 36mhz olmaktadır.

Radyo Link Alıcı Sistemlerinin Çalışması

Mikro dalga radyo link verici, alıcı sistemleri günümüzde kablosuz kablo TV yayınlarını bölgesel dağıtmak için kullanılmaktadır. Bu tür sistemler analog ve dijital TV –Radyo yayınları yapmakta kullanılır. Yüksek bir noktadan belirgin bir bölgeye gönderilen 36 ya da 64 kanal TV sinyali taşıyan mikrodalgalar evlerin dışına konulan küçük bir çanak antenle alınarak izlenebilir. Bu sistemlere ‘MMDS’ ( Multi Channel Micrıwave Distrubition System) adı verilmektedir. Aşağıdaki şekil –8 de radyo link alıcı blok diyagramı görülmektedir.

Aşağıda çizilmiş örnek Radyo link alıcı ünitesinde, sinyaller önce çanak anten ortasına konulan alıcı üniteye odaklanır. Bu ünite yüksek frekanslı düşük gürültü, yüksek hassasiyetli bir amplifikatör olup, farklı türleri bulunmaktadır. Düşük gürültü amplifikatör LNA (low noise amplifier) türünde, çanak antenin aldığı sinyaller güçlendirilerek iç devrelere iletilir. Düşük gürültülü çevirici amplifikatör LNC(low noise converter) türlerinde ise çanak üzerine monte edilmiş alıcı ünite, antene gelen yayın frekansını önce belirli oranda güçlendirir, daha sonra düşük bir çevirerek iç devrelere iletilir. Bu sayede çanak anten ile diğer iç üniteler arasındaki mesafeyi uzatmak mümkün olabilmektedir.

Antene bağlı LNA ünitesinden gelen sinyal, önce mixer katına uygulanır. Mixer katında yayından gelen sinyal (6 Ghz) ana osilatörün ürettiği(70mhz+6Ghz) sinyal ile karıştırılır ve ikisinin farkı, ara frekans IF çıkışı olarak (70mhz) alınır. 70 mhz de yüksek kazanç veren ara frekans yükselteçlerinde yükseltilen sinyalin frekans ekolayzır ile yüksek ve orta frekans seviyeleri ayarlanır. FM modülatör katında önce seviye limitlemesi yapılan sinyalden, görüntü ayrılır ve bir amplifikatörden geçirilerek çıkışa verilir. Demodülatör katında görüntü sinyali siyah,beyaz ve renk doyumu kazanç ayarları yapılmasına karşın her radyo link alıcı,verici ünitesi görüntü sinyalinde bozulmalara ve gürültülere neden olmaktadır. Bunun önüne geçebilmek için bugün sayısal veri şeklinde bilgiler aktarılmaktadır. Radyo link istasyonları uydular kullanılmaya başlandığından bu yana çok azaldılar, fakat uydu kanal kiraları yüksek olmaya devam ettiği sürece daha uzun süre bu şekilde kalmaya devam edeceklerdir.

Alıcı Anten

2-7 Ghz

Amplifikatör IF
LNA çıkışı

LNA=Düşük Gürültülü Amplifikatör

CCVS çıkışı

Şekil-8 Radyo Link Alıcı Blok Diyagramı

Yorum yazın