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UHF Satellite TX-RX Design and Operation

Date post: 21-Feb-2018
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Transcript
  • 7/24/2019 UHF Satellite TX-RX Design and Operation

    1/8

    U H F

    S A T E L L I T E

    T R A N S M I T T E R - R E C E I V E R

    D E S I G N & O P E R A T I O N

    L o u i s K a t z

    T h o m a s

    B . F r i e d m a n

    A d l e r C o m m u n i c a t i o n s

    L a b o r a t o r i e s

    New

    R o c h e l l e ,

    New

    Y o r k

    A U H F s at el l i te

    i n s t a l l a t i o n

    i s d e s c r i b e d .

    A v e r a g e

    f i e l d

    s t r en g th i m p r o ve m e nt s

    o f

    n e a r l y

    2 3

    d b

    w e r e

    o b t a i n e d i n

    a

    d e e p

    s h a d o w area a t

    W a t e r b u r y ,

    C o n n e c t i c u t .

    8 0

    d b o f

    s t r a i g h t

    R F

    a m p l i f i c a t i o n

    w a s

    u s e d i n

    c o n j u n c t i o n

    w i t h

    h i gh g a i n

    r e c e i v i n g

    a n d

    t r a n s m i t t i n g

    a n t e n n a s

    o n

    a

    f r e q u e n c y

    o f

    7 0 0 M c / s .

    T h e

    P h i l o s o p h y

    o f

    t h e

    A C L S a t e l l i t e

    T h e

    p r o b l e m

    o f

    p r o v i di n g o p ti m u m c o v e r a g e

    a t

    m i n i m u m c o s t

    i n

    T V

    s e r v i c e ,

    e i t h e r

    t o

    s m a l l

    s e p a r a t e

    c o m m u n i t i e s

    o r

    s h a d o w e d

    areas

    i n

    l a r g e

    c o m m u n i t i e s ,

    i s

    o n e

    t h a t

    h a s

    p l a g u e d

    U H F s ta ti o n s

    f r o m t h e

    b e g i n n i n g .

    I n

    t h e

    p a s t ,

    e i t h e r

    n o t h i n g

    h a s

    b e e n

    d o n e a b o u t

    t h i s

    p r o b l e m ,

    o r

    a t t e m p t s

    h a v e

    b e e n

    m a d e t o

    c o r r e c - t

    t h e

    s i t u a t i o n

    b y

    i n c r e a s i n g

    p o w e r ,

    o r

    a n t e n n a

    h e i g h t

    a n d

    g a i n ,

    o r

    b o t h .

    I n

    s o m e

    c a s e s ,

    t h e s e

    a t t e m p t s

    h a v e n o t

    p r o v e d

    s a t i s -

    f a c t o r y .

    F o r

    e x a m p l e ,

    t h e t o w n

    o f

    W a u k e s h a ,

    W i s c o n s i n j ,

    i s

    a

    t o w n o f

    a b o u t

    3 0 , 0 0 0 p e o p l e

    a n d

    i s

    l o c a t e d

    i n

    a

    v al l e y a b o ut 1 5

    m il es w e s t o f M i l w a u k e e . W i t h

    2 0 K W

    o f

    E R P

    f r o m s t a t i o n

    W C A N - T V

    i n

    M i l w a u k e e ,

    W a u k e s h a

    w a s

    r e c e i v i n g

    a

    s i g n a l

    o f

    a b o u t

    3 0 0

    m i c r o v o l t s / m e t e r

    o v e r

    i t s d o w n t o w n

    a r e a

    w h i c h

    i s

    w el l b e l o w

    t h e m i n i m u m

    u s a b l e

    s i g n a l

    f o r

    U H F .

    When

    E R P w a s

    i n c r e a s e d

    t o 2 0 0 K W ,

    t h e

    s i g n a l o v e r

    t h e d o w n t o w n

    a r e a

    i n c r e a s e d

    t o n o t

    over 1 , 0 0 0

    m i c r o v o l t s

    p e r

    m e t e r .

    A n

    a d d i t i o n a l i n c r e a s e t o

    1 , 0 0 0

    KW o f

    E R P

    w o u l d

    i n c r e a s e t h e

    s i g n a l

    o n l y

    s l i g h t l y

    a b o v e

    t h e m i n i m u m

    G r a d e B

    s i g n a l .

    T h e

    c o s t o f

    s u c h

    i n c r e a s e d p o w e r i s

    d e c i d e d l y

    u n -

    e c o n o m i c a l t o

    m o s t

    s t a t i o n s

    i n

    r e l a t i o n

    t o

    t h e

    a d d i t i o n a l

    p o p u l a t i o n

    c o v e r e d .

    O n

    t h e

    o t h e r

    h a n d ,

    a

    s t u d y s h o w s

    t h a t

    a

    s a te l li t e t r a n s m i t te r

    w i t h

    a

    p o w e r o ut p u t o f

    5 0

    w a t t s

    a n d

    a d i r e c t i o n a l

    a n t e n n a

    w i t h a

    g a i n

    o f

    5 0

    w i l l

    p r o v i d e

    G r a d e

    A s e r v i c e o v e r t h e d o w n t o w n

    area

    f r o m

    a

    2 0 0 ' t o w e r

    5

    m i l e s

    a w a y f r o m t h e

    c e n t e r

    o f

    t o w n .

    T h e

    c o s t o f

    s u c h

    a n i n s t a l l a t i o n

    w i l l

    b e

    m i n o r i n c o m p a r i s o n t o t h a t

    r e q u i r 9 d

    a t

    t h e m ai n t r a n s m i t t e r .

    T h i s

    i l l u s t r a t e s t h e g r e a t e c on o m i e s p o s -

    s i b l e i n

    i n c r e a s i n g

    p o p u l a t i o n

    c o ve r ag e t h r o u g h

    r e - r a d i a t i o n o f l o w

    p o w e r e d s i g n a l s

    o v e r a r e a s o f

    h e a v y p o p u l a t i o n

    d e n s i t y

    r a t h e r

    t h a n by a t t e m p t s

    t o d o the

    s a m e t h i n g b y r a i s i n g

    p o w e r

    a t t h e m a i n

    t r a n s m i t t e r . T h i s a c t i o n

    r e s u l t s

    i n

    s i g n a l

    i n -

    c r e a s e s

    o v e r

    v e r y l a r g e s p ar s e l y

    p o p u l a t e d

    a r e a s

    i n

    an

    a t t e m p t

    t o

    i m p r o v e

    r e c e p t i o n

    i n o u t l y i n g

    o r

    s ado w e d

    c o m m u n i t i e s

    o f

    r e l a t i v e l y

    s m a l l

    a r e a .

    O n c e a

    T V

    s t a t i o n h a s

    r e a c h e d . a

    s a t i s f a c t o r y

    l e v e l o f E R P f or c o v e r i n g t h e

    m a j o r

    p o r t i o n

    o f

    i t s

    s e r v i c e a r e a i t w o u l d

    t h e n

    b e d e s i r a b l e

    t o

    f i l l i n t h e h o l e s

    o r c o v e r a d di t i o n a l

    commnities

    w i t h

    s a t e l l i t e s .

    I t

    i s a b o u t

    t i me t h a t

    T V

    s t a -

    t i o n s

    s t o p h u n t i n g

    r a b b i t s w i t h

    e l e p h a n t g u n s .

    P r e l i m i n a r y

    W h e n

    t h e p r o b l e m

    o f

    d e s i g n i n g

    c o m m e r c i a l

    e q u i p m e n t f o r U H F s a t e l l i t e t r a n s m i t t e r - r e c e i v e r s

    a r o s e ,

    i t

    was

    s o o n e v i d e n t

    t h a t

    t h e

    d e s i g n

    o f

    t h e e q u i p m e n t w a s m o r e a f u n c t i o n o f t he s y s t em

    r e q u i r e m e n t s

    r a t he r t ha n

    i n d i v i d u a l

    e q u i p m e n t

    p e r f o r m a n c e . W h i l e

    i t

    i s

    i m p o r t a n t

    t h a t

    e q u i p -

    m e n t m e e t s

    t h e

    t e c h n i c a l

    s t a n d a r d s

    s e t

    u p

    f o r

    b r o a d c a s t t r a n s m i t t e r s ,

    i t

    i s

    e a s i l y

    s e e n t h a t

    t h e

    s a t e l l i t e m u s t

    d o

    a

    j o b

    f o r e a c h

    i n s t a l l a t i o n

    t h a t

    m a y

    o r

    m a y n o t

    r e s e m b l e

    a n y

    o t h e r i n s t a l l a -

    t i o n . T h i s p a p e r w i l l d e a l w i t h t h e

    f i l l i n g i n

    o f

    s h a d o w e d a r e a s w i t h i n t h e

    n o r m a l s t a t i o n

    s e r v i c e

    a r e a ,

    a n d

    w i l l

    l e a v e t o

    a l a t e r d a t e

    t h e

    p r o b l e m o f e x t e n d i ng t h e s e r v i c e a r e a . T h e r e a r e

    t h e n ,

    s e v e r a l

    t h i n g s

    w e m u t t

    k n o w i n

    o r de r t o

    p r o p e r l y d e s i g n a t e l e v i si o n s a t e l l i t e s ys te m.

    1 .

    s t a t i o n

    2 .

    3 .

    T h e c h a r a c t e r i s t i c s

    o f t h e p r i m a r y

    c o v e r a g e i n

    t h e

    s a t e l l i t e

    a r e a .

    T h e

    t e r r a i n o f t h e a r ea .

    T h e p o p u l a ti o n

    d e n s i t y a n d d i s t r i -

    b u t i o n .

    4 .

    A v a i l a b i l i t y

    a n d

    d e s i r a b i l i t y

    o f

    s i t e s

    f o r

    t h e

    e q u i p m e n t p l a c e m e n t .

    S i t e

    S e l e c t i o n

    A f t e r

    t h e p r e l i m i na r y

    i n f o r m a t i o n

    h a s

    b e e n

    g a t h e r e d ,

    i t i s t h e n

    n e c e s s a r y

    t o

    a n a l y z e

    t h i s

    d a t a

    s o

    t h a t

    a s i t e m a y

    b e

    p i c k e d .

    I t i s d e s i r a b l e t h a t

    t h e

    r e t r a n s m i s s i o n b e

    h o r i z o n t a l l y

    p o l a r i z e d ,

    s o

    t h a t

    a

    m i n i m u m

    o f

    i n c o n v e n i e n c e

    w i l l

    b e

    p r e s e n t e d

    t o

    t h e

    h o m e

    i n s t a l l a t i o n ,

    i f

    i n t e r f e r e n c e b e t w e e n d ir e c t

    a n d

    s a t e l l i t e s i g n a l s c a n

    b e

    p r e v e n t e d . O n

    t h e

    o t h e r

    h a n d ,

    t h e r e

    m u s t

    b e s u f f ic i e n t i s o l a t i o n

    b e t w e e n

    t h e s a t e l l i t e

    r e c e i v i n g

    a n d

    t r a n s m i t t i n g

    a n t e n n a s

    t o

    p r e v e n t e x c e s s f e e d b a c k b e t w e e n

    t h e m .

    I t i s

    o b v i o u s t h a t

    t h e

    i d e a l s i t e ,

    f r o m

    t h i s v i e w p o in t ,

    i s o n e

    a t

    w h i c h t h e

    d i r e c t s i g n a l

    i s

    a t .

    r i g h t

    a n g l e s

    t o t h e

    r e t r a n s m i t t e d s i g n a l .

    I t

    h a s

    b e e n

    f o u n d

    i n

    p r a c t i c e a t

    W a t e r b u r y , C o n n e c t i c u t ,

    w h e r e A C L

    h a s a n

    e x p e r i m e n t a l

    s t a t i o n i n

    o p e r a -

    t i o n ,

    t h a t

    t h e r e i s s u f f i c i e n t

    d i s c r i m i n a t i o n

    b e t w e e n d i r e c t

    a n d

    s a t e l l i t e

    s i g n a l s w h e n t h e

    s i g n a l s

    a r e o r i e n t e d a t

    a 9 0 0 a n g l e , e v e n

    when

    t h e

    s ig na ls a r e

    o f

    t h e

    s a M n e

    o r d e r o f m a g n i t u d e .

    S o m e

    l o c a t i o n s i n

    W a t e r b u i r y were f o u n d where

    6 7

  • 7/24/2019 UHF Satellite TX-RX Design and Operation

    2/8

    e x c e l l e n t

    s i g n a l

    f r o m i e i t h e r s a t e l l i t e

    or

    p r i m a r y

    s t a t i o n

    c o u l d

    b e

    r e c e i v e d

    wh en t h e

    r e c e i v i n g

    a n t e n n a

    w a s

    p o i n t e d

    i n t h e

    a p p r o p r i a t e

    d i r e c t i o n .

    W h e n

    t h e

    a n t e n n a

    was

    p o i n t e d

    m i d w a y

    b e t w e e n ,

    s e v e r e

    g h o s t i n g

    a p p e a r e d .

    T h e

    s - i t e

    s h o u l d b e

    h i g h t o

    g a i n

    t h e

    b e s t

    p o s s i b l e

    s i g n a l

    f r o m

    t h e

    p r i m a r y

    s t a t i o n .

    I n a s -

    m u c h

    a s

    t h i s

    a p p l i c a t i o n

    o f s a t e l l i t e s

    i s

    t o

    f i l l i n h o l e s

    i n

    t h e n o r m a l s e r v i c e

    area o f

    t h e

    m o t h e r

    s t a t i o n ,

    i t

    s h o u l d

    b e

    p o s s i b l e

    t o

    p i c k

    u p

    a

    l i n e - o f - s i g h t

    s i g n a l

    a t

    t h e

    s a t e l l i t e

    l o c a t i o n .

    T h e

    s e l e c t i o n o f

    a

    h i g h

    s i t e

    i s

    a d d i t i o n a l l y

    a d v a n t a g e o u s

    f o r

    r e - t r a n s m i s s i o n .

    T h e

    s e l e c t i o n

    o f t h e

    s i t e m u s t a l s o

    c o n s i d e r

    a r e a - t h a t i s

    n o t

    s h a d o w e d ,

    b u t

    n o n e t h e l e s s

    w i l l

    b e

    c o v e r e d

    b y

    t h e

    s a t e l l i t e .

    I n

    g e n e r a l , t h e r e

    w i l l

    b e n o

    s h a r p d e m a r c a t i o n l i n e

    b e t w e e n

    s h a d -

    o w e d

    a n d

    u n s h a d o w e d

    a r e a s

    i n t h e s a m e

    l o c a l i t y .

    T h e

    s e l e c t i o n

    o f

    t h e s i t e

    m u s t

    be

    m a d e

    so

    t h a t

    t h l e

    z o n e o f

    c o n f u s i o n

    b e t w e e n

    p r i m a r y

    a n d

    s a t e l -

    l i t e s i g n a l s

    w i l l

    b e m i n i m u m .

    T h e

    p r o b l e m

    o f

    t h e

    z o n e

    o f

    i n t e r f e r e n c e ,

    o r

    zone

    o f

    c o n f u s i o n ,

    i s

    n o w

    u n d e r

    s t u d y

    a n d m et ho d s

    h a v e

    b e e n

    p r o p o s e d

    t o

    o v e r c o m e

    i t . T h e m o s t

    f e a s i b l e

    m e t h o d ,

    o t h e r

    t h a n

    d i s c r i m i i n a t i n g

    b e t w e e n

    a n g l e s

    o f

    a r r i v a l ,

    i s

    t o

    v e r t i c a l l y

    p o l a r i z e

    t h e s a t e l l i t e

    t r a n s -

    m i s s i o n .

    T h i s

    may

    b e

    i n c o n v e n i e n t

    t o

    t h e

    h o m e

    v i e w e r

    i f h e

    w i s h e s

    t o

    p i c k

    u p

    s i g n a l s

    f r o m

    o t h e r

    s t a t i o n s w i t h

    t h e

    s a m e

    a n t e n n a .

    A f t e r

    t h e s i t e

    h a s

    b e e n

    s e l e c t e d ,

    t h e

    f i e l d

    s t re n g t h a v ai l ab l e

    can

    b e

    d e t e r m i n e d

    i n

    t h e

    u s u a l

    m a n n e r

    a n d t h e

    p o w e r

    n e c e s s a r y

    t o

    c o v e r

    t h e

    h o l e

    a d e q u a t e l y

    m a y

    b e

    c a l c u l a t e d .

    I t

    i s ,

    o f

    c o u r s e ,

    a d v i s a b l e

    t o

    h a v e

    a s

    m u c h

    p o w e r

    g a i n

    i n

    t h e

    r e c e i v i n g

    a n d

    r e t r a n s m i t t i n g

    a n t e n n a s

    a s

    p o s s i b l e .

    T h i s i s

    d e s i r a b l e

    n o t

    o n l y

    t o m i n i m i z e

    t r a n s m i t t e r

    a m p l i f i e r

    r e q u i r e m e n t s ,

    b u t

    a l s o

    t o

    p r o v i d e

    g r e a t e r

    i s o l a t i o n

    b e t w e e n

    a n t e n n a s

    t o

    m i n i m i z e

    f e e d b a c k

    p r o b l e m s . I t

    i s

    e n t i r e l y

    p o s s i b l e

    t h a t

    a

    r e l a t i v e l y

    s m a l l i n -

    c r e a s e d

    a n t e n n a

    c o s t

    m a y

    p r o v i d e a

    s u b s t a n t i a l

    s a v i n g

    i n

    r e a l

    e s t a t e

    a n d

    e x t r a

    t o w e r

    c o s t

    b y

    r e q u i r i n g

    l e s s

    p h y s i c a l

    s e p a r a t i o n

    b e t w e e n r e -

    c e i v i n g

    a n d

    t r a n s m i t t i n g

    a n t e n n a s .

    T h e

    o v e r a l l

    r e q u i r e m e n t s

    o f

    t h e

    s y s t e m

    m a y

    b e

    a n a l y z e d

    c o n v e n i e n t l y

    b y

    d r a w i n g

    a

    l e v e l

    d i a -

    g r a m

    t o

    t a k e

    i n t o

    a c c o u n t

    a n t e n n a

    g a i n ,

    l i n e

    l o s s e s

    a n d

    r e q u i r e d a m p l i f i e r

    g a i n .

    F i g u r e

    1

    s h o w s

    s u c h a

    d i a g r a m

    f o r

    a

    t y p i c a l

    s y s t e m .

    ' T h i s

    i s

    s h o w n

    f o r

    a

    m e a s u r e d

    f i e l d

    s t r e n g t h

    o f t e n

    m i l l i v o l t s

    p e r

    m e t e r .

    S t a r t i n g

    f r o m

    t h e d i r e c t

    f i e l d

    s t r e n g t h

    i n

    d b u ,

    t h e

    l o s s e s

    a n d

    g a i n s

    m a y

    b e

    c a l c u l a t e d

    a d d i t i v e l y

    a n d

    s u b t r a c t i v e l y .

    T h e

    s y s t e m

    p a r a m e t e r s

    o f

    a m p l i f i e r

    a n d

    a n t e n n a

    g a i n s

    m a y

    b e

    s p e c i f i e d

    o n t h e

    b a s i s

    o f

    t h e

    a v e r a g e

    r e q u i r e d

    i m p r o v e m e n t

    i n

    s i g n a l

    o v e r

    t h e

    a r e a t o

    b e

    f i l l e d

    i n .

    T h e

    l e v e l

    d i a g r a m

    i s

    a l s o

    a

    c o n v e n i e n t

    b a s i s

    f o r

    v i s u a l i z i n g

    t h e

    s y s t e m

    r e q u i r e m e n t s i n

    t e r m s

    o f

    e q u i p m e n t

    a n d

    c o m p o n e n t s . I t e m s

    s u c h

    a s

    c a b l e ,

    c o n n e c t o r s ,

    a d a p t o r s

    a n d

    m e t e r s

    c a n

    b e

    s e t

    d o w n

    o n t h e

    d i a g r a m

    for

    use in

    p h y s i c a l

    d e -

    s i g n

    o f

    t h e

    s y s t em e q u i p m e n t .

    E u i p 2 m e n t

    D e s i g

    O n c e

    t h e

    o v e r a l l

    s y s t e m r e q u i r e m e n t s

    a r e

    d e t e r m i n e d

    from

    t h e

    s i t e

    a n d

    t h e

    s y s t e m

    d i a g r a m ,

    i t

    i s

    p o s s i b l e

    t o

    p r o c e e d

    w i t h

    t h e

    actual

    e q a i p -

    ment

    d e s i g n .

    T h e

    r e c e i v i n g

    a n d

    t r a n s m i t t i n g

    a n t e n n a s

    a r e

    e x t r e m e l y

    i m p o r t a n t , ,

    a n d

    s h o u l d

    r e c e i v e

    t h e

    c l o s e s t

    a t t e n t i o n .

    T h e

    r e c e i v i n g

    a n t e n n a s h o u l d

    h a v e

    h i g h g a i n

    b o t h

    v e r t i c a l l y

    and

    h o r i z o n t a l l y . ,

    s u f f i c i e n t

    b a n d w i d t h ,

    g o o d

    b a c k - t o - f r o n t

    r a t i o ,

    a n d a

    m i n i m u m

    o f

    s i d e

    l o b e s .

    T h e

    b r o a d s i d e

    a r r a y

    w i t h

    r e f l e c t o r ,

    o r

    z i g z a g

    a n t e n n a s w i t h

    s t a c k e d

    e l e m e n t s

    w i l l

    s u b s t a n t i a l l y

    f i l l

    t h e

    b i l l .

    G a i n s

    as

    h i g h

    as

    2 3

    d b

    h a v e

    b e e n

    a c h i e v e d

    w i t h a

    1 6

    e l e m e n t ,

    4

    x

    4

    b r o a d s i d e

    a r r a y , u s i n g

    e n d

    f e d

    d i p o l e s .

    T h e

    t r a n s m i t t i n g

    a n t e n n a

    w i l l

    d e p e n d

    s o m e

    w h a t

    o n

    t h e

    a r e a

    t o

    b e

    c o v e r e d .

    G e n e r a l l y

    s p e a k i n g ,

    i t

    s h o u l d

    h a v e

    a

    n a r r o w

    v e r t i c a l

    b e a m -

    w i d t h ,

    g o o d

    b a c k - t o - f r o n t

    r a t i o ,

    a n d

    a

    r e l a t i v e l y

    w i d e

    h o r i z o n t a l

    b e a m .

    A t

    t h e

    W a t e r b u r y

    i n s t a l l a -

    t i o n

    o n e o f

    t h e

    t r a n s m i t t i n g

    a n t e n n a s

    u s e d

    i s

    a

    3 2

    e l e m e n t ,

    1 6 x

    2

    s t a c k e d

    a r r a y ,

    w i t h

    e n d - f e d

    d i p o l e s .

    T h i s

    w a s

    f o u n d

    t o b e

    q u i t e

    s a t i s f a c t o r y .

    T h e

    h o r i z o n t a l

    b e a m w i d t h

    i s

    a b o u t

    5 0 0 ,

    a n d t h e

    p o w e r

    g a i n

    i s

    5 0 .

    A t

    W a t e r b u r y ,

    b o t h

    a n t e n n a s

    a r e

    m o u n t e d o n

    t h e

    same

    t o w e r ,

    s e p a r a t e d

    b y 5 0

    f e e t

    v e r t i c a l l y ,

    a n d

    o r i e n t e d a t

    r i g h t

    a n g l e s

    t o

    e a c h

    o t h e r .

    T s o l a t i o n

    b e t w e e n

    a n t e n n a s

    i s

    b e t w e e n

    9 0

    a n d

    1 0 0

    d b .

    I n

    t h e

    d e s i g n

    o f

    t h e

    a m p l i f i e r s , t h e

    o u t p u t

    m u s t

    b e

    d i r e c t l y p r o p o r t i o n a l

    t o

    t h e

    i n p u t a n d

    s u f f i c i e n t

    b a n d w i d t h

    m u s t

    b e

    p r o v i d e d

    t o

    r e

    t r a n s m i t

    t h e

    t r a n s m i t t e d

    s i g n a l s

    without

    d e g r a d a -

    t i o n .

    T h e

    d e s i g n

    o f

    t h e

    a m p l i f i e r s

    may

    b e

    p r e d i c a t e d

    o n

    s t a g g e r - t u n i n g

    or

    s y n c h r o n o u s

    t u n i n g .

    S t a g g e r t u n i n g

    h a s

    t h e

    a d v a n t a g e

    o f

    g r e a t e r

    e c o n o m y

    d u e

    to

    i t s

    g r e a t e r

    g a i n - b a n d w i d t h

    p r o d u c t ,

    b u t

    w i l l

    p r e s e n t

    some

    t u n i n g

    p r o b l e m s

    f o r

    s t a t i o n

    p e r s o n n e l

    in

    d a y - t o - d a y

    o p e r a t i o n .

    S y n c h r o n o u s

    t u n i n g p u t s

    s t r i n g e n t

    r e q u i r e m e n t s

    o n

    e a c h

    a m p l i f i e r ,

    but

    c o n s i d e r a b l y

    s i m p l i f i e s

    m a i n t e n a n c e

    p r o b l e m s .

    I n

    t h e

    W a t e r b u r y

    i n s t a l l a t i o n ,

    t h e

    a m p l i f i e r s

    a r e

    s y n c h r o n o u s l y

    t u n e d ,

    each

    w i t h

    1 3

    d b

    o f

    g a i n

    a n d

    2 5

    mc

    b a n d w i d t h a t

    7 0 5

    m c .

    T h e

    o v e r a l l

    g a i n

    i s

    7 8

    d b

    a n d

    o v e r a l l

    b a n d w i d t h

    i s

    7 . 5

    m c .

    T h e

    a m p l i f i e r s

    use

    2 C 3 9 A

    l i g h t h o u s e

    t u b e s

    i n

    a

    g r o u n d e d

    g r i d

    c i r c u i t ,

    a n d

    a r e

    c o n t i n u o u s l y

    t u n a b l e

    o v e r

    t h e

    e n t i r e

    U H F T V

    b a n d .

    P e a k

    p o w e r

    o u t p u t

    i s

    p r e s e n t l y

    3 0

    w a t t s .

    P l a n s

    a r e n o w

    b e -

    i n g

    m a d e

    t o

    increase

    p o w e r

    t o b e t w e e n

    5 0

    a n d

    1 0 0

    w a t t s .

    I t

    h a s

    b e e n

    f o u n d

    t h a t

    t h e

    a m p l i f i e r s

    a r e

    e a s y

    to

    a d j u s t

    a n d

    t u b e

    r e p l a c e m e n t

    i s

    s i m p l e ,

    s i n c e

    r e t u n i n g

    r e q u i r e s

    o n l y t u n i n g

    t h e

    o u t p u t

    t o

    m a x i m u m .

    AM

    o p e r a t o r s ,

    i n e x p e r i e n c e d

    i n

    T V ,

    h a v e

    a d j u s t e d

    t h e

    a m p l i f i e r s

    s a t i s f a c t o r i l y

    6 8

  • 7/24/2019 UHF Satellite TX-RX Design and Operation

    3/8

    w i t h o u t

    u n d u e

    d i f f i c u l t y .

    A l l

    t e s t s

    s o

    f a r

    h a v e

    b e e n m a d e

    w i t h - b l a c k

    a n d

    w h i t e

    s i g n a l s .

    F u r t h e r

    t e s t s

    w i l l

    b e

    r e q u i r e d

    t o

    d e t e r m i n e

    i t s

    s u i t a b i l i t y

    f o r

    use w i t h

    c o l o r .

    I n a s m u c h

    a s

    t h i s

    s a t e l l i t e

    o p e r a t e s

    f r o m

    a

    h i g h

    s i g n a l

    a r e a ,

    t h e

    n o i s e

    f i g u r e d o e s no t

    a t t a i n

    g r e a t

    i m p o r t a n c e .

    I f ,

    h o w e v e r ,

    i t i s

    d e s i r e d

    o r

    r e q u i r e d

    t h a t

    i t

    o p e r a t e

    i n

    a

    low

    s i g n a l

    a r e a ,

    a -

    l o w n o i s e

    p r e - a m p l i f i e r

    m u s t b e

    p r o v i d e d .

    T h e .

    p r e - a m p l i f i e r s h o u l d

    h a v e

    w i d e r

    b a n d

    c h a r a c t e r -

    i s t i c s a n d

    will

    u s e

    e i t h e r m i n i a t u r e

    o r - p l a n a r -

    t r i o d e s

    f o r low

    n o i s e .

    P h o t o g r a p h s

    o f t h e

    a n t e n n a

    s y s t e m and

    e q u i p -

    m e n t

    a p p e a r

    a t

    t h e

    e n d o f

    t h e

    p a p e r .

    O p e r a t i o n

    F o r

    m o s t e c o n o m i c a l

    o p e r a t i o n ,

    t h e

    s a t e l l i t e

    s h o u l d

    o p e r a t e

    u n a t t e n d e d .

    I t i s

    a n t i c i p a t e d

    t h a t a

    r e m o t e

    o n - o f f

    c o n t r o l ,

    a n d a

    p o w e r

    o u t p u t

    m o n i t o r

    i s a l l

    t h a t

    w i l l

    be

    r e q u i r e d

    a t

    t h e

    p r i -

    mary

    s t a t i o n .

    H o u s i n g

    r e q u i r e m e n t s

    f o r

    t h e

    trans

    m i t t e r

    a r e

    e x t r e m e l y

    m o d e s t ,

    c o n s i s t i n g

    o f

    a

    s m a l l

    w e a t h e r p r o o f e d

    s h a c k

    l a r g e

    e n o u g h t o

    h o u s e

    a

    s t a n d a r d

    r e l a y r a c k . I t s ho ul d b e

    a c c e s s i b l e f o r

    r e g u l a r

    i n s p e c t i o n a n d

    m a i n t e n a n c e .

    A C L h a s

    now i n

    o p e r a t i o n

    t h e

    e x p e r i m e n t a l

    s a t e l l i t e

    s t a t i o n

    a t

    W a t e r b u r y ,

    C o n n . , w h i c h

    h a s

    b e e n

    m e n t i o n e d

    i n

    t h i s

    p a p e r .

    T h e

    p r o b l e m

    h e r e

    i s a s

    f o l l o w s :

    W A T R - T V

    l o c a t e d i t s

    T V

    t r a n s -

    m i t t e r

    1 0

    m i l e s

    e a s t o f

    W a t e r b u r y ,

    C o n n . ,

    n e a r

    M e r i d e n

    i n

    o r d e r

    t o

    o b t a i n

    r e g i o n a l

    c o v e r a g e

    o f

    t h e

    H a r t f o r d

    a r e a .

    A l t h o u g h

    t h e

    t o w n

    o f

    W a t e r -

    b u r y

    i s

    t h e o r e t i c a l l y

    c o v e r e d

    b y a

    s i g n a l

    which

    i s

    a d e q u a t e

    a c c o r d i n g t o F C C

    s t a n d a r d s ,

    i n

    prac

    t i c e ,

    t h e

    t o w n

    i s

    a l m o s t

    c o m p l e t e l y

    s h a d o w e d

    b y

    i n t e r v e n i n g

    h i l l s .

    T h e

    A C L

    s a t e l l i t e

    i s

    l o c a t e d

    a b o u t

    2

    m i l e s

    s o , u t h

    o f

    t h e

    c e n t e r

    o f

    t o w n a t

    t h e

    W A T R - A M l o c a -

    t i o n .

    T h e

    g r o u n d

    e l e v a t i o n

    h e r e i s

    a b o u t 3 0 0

    f e e t

    a b o v e

    t h e

    d o w n t o w n

    a r e a .

    O n e

    o f t h e

    s e l f - s u p p o r t i n g A M

    t o w e r s i s

    b e i n

    u t i l i z e d t o

    s u p p o r t

    t h e

    s a t e l l i t e i

    a n t e n n a s .

    T h e

    r e c e i v i n g

    a n t e n n a i s a t

    t h e

    1 2 0 f o o t

    l e v e l ,

    a n d

    t h e

    c e i - t e r

    o f

    t h e

    t r a n s m i t t i n g

    a n t e n n a

    i s

    a t

    t h e

    1 7 0

    f o o t

    l e v e l .

    S i n c e

    t h e

    A M

    t o w e r i s

    s h u n t

    f e d

    a n d

    h e n c e

    g r o u n d e d ,

    n o

    i s o l a t i o n

    p r o -

    b l e m s

    a r e

    i n v o l v e d .

    T h e

    s a t e l l i t e

    a m p l i f i e r r a c k

    i s

    p l a c e d

    i n

    a

    s h a c k b u i l t

    i n t o t h e

    b a s e

    o f

    t h e

    t o w e r .

    F l e x i b l e

    c o a x i a l

    c a b l e s

    a r e

    u s e d

    f o r

    t r a n s m i t t i n g

    a n d

    r e c e i v i n g

    a n t e n n a

    t r a n s m i s s i o n

    l i n e s .

    I m p r o v e m e n t

    i n

    S i g n a l

    Strength

    T h e

    r e c e i v e d

    f i e l d

    i n t e n s i t y a t

    t h e

    s a t e l l i t e

    s i t e

    i s

    a b o u t

    1 0

    m v / m e t e r

    a t t h e

    120

    f o o t

    h e i g h t .

    T h e

    r e t r a n s m i t t e d

    E R P i s

    a p p r o x i m a t e l y

    5 0 0

    w a t t s .

    T h e

    i m p r o v e m e n t

    o f

    s i g n a l

    s t r e n g t h

    was

    m e a s u r e d

    a s

    f o l l o w s .

    I t

    w a s d e c i d e d

    t h a t

    s e r i e s o f

    d i s c r e t e

    s p o t

    m e a s u r e m e n t s

    w o u l d b e

    o f

    m o r e

    v a l u e

    t h a n

    c o n -

    t i n u o u s

    r a d i a l

    r e c o r d i n g s

    o f

    t h e

    t y p e

    d e s c r i b e d

    in

    t h e

    R u l e s

    a n d

    R e g u l a t i o n s ,

    S e c t i o n

    3 . 6 8 6 .

    T h e

    l a t t e r

    m e t h o d

    i s

    o f

    g r e a t

    i m p o r t a n c e

    i n

    e s t a b l i s h -

    i n g

    c o v e r a g e

    c o n t o u r s

    a t

    s om e

    d i s t a n c e

    f r o m a

    s t a t i o n ,

    w h e r e

    m e a s u r e m e n t s

    c a n b e

    m a d e i n

    o p e n

    c o u n t r y

    a n d

    a

    r e l a t i v e l y

    c l e a r

    t r a n s m i s s i o n

    p a t h

    e x i s t s .

    S o m e

    o f

    t h e

    f a c t o r s

    t o

    b e

    c o n s i d e r e d

    i n

    t h e

    m a k i n g

    o f

    m e a s u r e m e n t s

    o n

    s a t e l l i t e

    t r a n s -

    m i s s i o n s

    a n d

    w h i c h

    f a v o r e d

    s p o t

    m e a s u r e m e n t s

    a re

    as

    f o l l o w s :

    A .

    T h e

    a b s o l u t e

    s i g n a l

    s t r e n g t h

    b y

    i t s e l f

    w a s n o t

    a l l - i m p o r t a n t .

    R e c e p t i o n

    o f a

    s i n g l e

    g h o s t - f r e e

    p i c t u r e

    a t

    a n y

    l o c a t i o n ,

    f r o m

    e i t h e r

    s a t e l l i t e o r

    m a i n

    t r a n s m i t t e r

    i s o f

    e q u a l

    i m p o r -

    t a n c e .

    T h u s

    o b s e r v a t i o n

    o f

    t h e

    p i c t u r e

    a c c o m p a n -

    i e d

    e a c h

    m e a s u r e m e n t .

    B .

    . A

    n o n - d i r e c t i o n a l

    a n t e n n a

    c o u l d

    n o t

    b e

    u s e d

    f o r

    m e a s u r e m e n t ,

    as i t

    w a s

    d e s i r e d t o

    m e as ur e

    t h e

    s i g n a l

    f r o m

    b o t h

    s t a t i o n s ,

    t k i n g

    a dva nt a g e

    o f

    t h e

    r e c e i v i n g

    a n t e n n a

    d i r e c ti v i t y

    t o

    d i s c r i m i -

    n a t e

    a ga i ns t

    t h e

    u n w a n t e d

    s i g n a l .

    A g a i n t h i s

    w o u l d

    be

    u n f e a s i b l e

    i n a

    c o n t i n u o u s

    r e c o r d i n g .

    C a r e f u l

    o r i e n t a t i o n o f

    t h e

    r e c e i v i n g

    a n t e n n a w a s

    n e c e s s a r y

    t o

    p i c k u p

    o n e

    s i g n a l

    o r

    t h e

    o t h e r .

    C .

    In

    t h e

    h e a v i l y b u i l t - u p

    a r e a s

    o f

    W a t e r b u r y ,

    w h e r e

    t h e

    r e - t r a n s m i t t e d

    s i g n a l

    was

    d i r e c t e d ,

    a n y

    r a d i a l

    r e c o r d i n g

    w i t h t h e

    n e c e s s a r i l y

    l o w

    a n t e n n a

    h e i g h t

    o f

    1 0

    f e e t

    o r

    so

    w o u l d

    n o t

    i n d i c a t e

    t h e

    a c t u a l

    f i e l d

    s t r e n g t h s

    e x i s t i n g

    a b o v e

    r o o f - t o p t y p e

    w h e r e

    a c t u a l

    r e c e i v i n g

    i n s t a l l a t i o n s

    w o u l d

    b e

    l o c a t e d .

    I t

    is w e l l

    k n o w n

    t h a t

    t h e

    t h e o r e t i c a l

    h e i g h t - g a i n

    r e l a t i o n s h i p c a n n o t

    b e

    a p p l i e d

    t o

    e x t r a p o l a t e

    f i e l d

    s t r e n g t h

    m e a s u r e

    m e n t s ,

    m a d e

    u n d e r

    s u c h

    c o n d i t i o n s ,

    f r o m

    1 0 t o

    3 0

    f e e t .

    D . I t

    w a s

    f e l t

    t h a t

    m e a s u r e m e n t s

    s i m u l a t i n g

    a c t u a l

    h o m e

    i n s t a l l a t i o n s

    as

    c l o s e l y

    as

    p o s s i b l e

    s h o u l d

    be

    m a d e .

    A c c o r d i n g l y

    a

    f i e l d

    s u r v e y

    t r u c k

    w i t h

    e x t e n d a b l e

    t o w e r ,

    co r n e r

    r e f l e c t o r

    a n t e n n a ,

    f i e l d

    s t r e n g t h

    m e t e r

    a n d

    T V

    r e c e i v e r

    w as

    e q u i p p e d

    a n d

    u s e d i n

    t h e

    s u r v e y .

    T h e

    p r o c e d u r e

    f o l l o w e d

    w a s t o

    d r a w

    s e v e r a l

    r a d i a l s

    from

    t h e

    s a t e l l i t e

    l o c a t i o n

    t h r o u g h t h e

    t o w n

    a s

    s h o w n i n

    F i g u r e

    2 .

    T h e

    p a t t e r n

    o f

    t h e

    d i r e c t i o n a l

    t r a n s m i t t i n g a n t e n n a

    i s

    a l s o

    s h o w n .

    T h e

    t r u c k

    w a s

    t h e n

    d r i v e n

    a l o n g

    e a c h

    r a d i a l , as

    c l o s e l y

    a s

    p o s s i b l e ,

    a n d

    s t o p p e d

    a t

    a

    n u m b e r

    o f

    l o c a t i o n s ,

    u s u a l l y

    i n

    f r o n t

    o f

    a

    r e s i d e n c e . T h e

    a n t e n n a

    t o w e r

    w as

    t h e n

    e r e c t e d so

    t h a t

    t h e

    r e

    c e i v i n g

    a n t e n n a

    w a s

    a i i t

    3 5

    f e e t

    h i g h ,

    o r

    a b o u t

    f i v e

    f e e t

    a b o v e

    t h e roof

    t o p .

    M e a s u r e m e n t s

    w e r e

    t h e n

    m a d e .

    I n

    o r d e r t & o d e t e r m i n e

    wh eth er

    t h e

    s i g n a l

    p 1 c k e d

    u p

    a t

    any

    p a r t i c u l a r

    p o i n t

    was

    c o m i n g

    f r o m

    t h e main

    t r a n s m i t t e r o r

    t h e

    s a t e l l i t e ,

    t h e

    s a t e l -l i t e

    w a s

    t u r n e d

    o n

    f o r

    f i v e

    m i n u i t e s

    a n d

    t h e n o f f

    . f o r

    f i v e

    m i n u t e s o n

    a

    c o n t i n u o u s

    c y c l e .

    T h u s

    b y

    r e f e r r i n g

    to

    t h e

    t i n e

    i t

    w a s

    p o s s i b l e

    t o

    know

    i f

    t h e

    s a t e l l i t e

    w a s

    o n

    o r

    o f f .

    When

    i t

    w as

    o f f

    t h e

    r e c e i v i n g

    antenna

    w as

    r o t a t e d

    f o r

    maximum

    s i g n a l

    f r o m

    t h e

    t r a n s m i t t e r

    o n

    M T e r i d e n

    M o u n t a i n .

    T h e

    f i e l d

    s t r e n g t h

    w a s

    r e c o r d e d . At

    t he

    same

    t i m e

    t h e

    p i c t u r e

    q u a l i t y

    w a s o b s e r v e d

    o n the

    a d j o i n i n g

    r e c e i v e r

    t o

    s e e

    i f

    a n y

    g h o s t i n g

    w as

    p r e s e n t .

    T h e

    o r i e n t a t i o n

    o f

    t h e

    a n t e n n a

    w as

    also

    n o t e d .

    6 9

  • 7/24/2019 UHF Satellite TX-RX Design and Operation

    4/8

    W h e n the s a t e l l i t e

    t r a n s m i t t e r c a m e o n for

    i t s

    f i v e m i n u t e

    p e r i o d

    t h e

    a n t e n n a

    w as

    rotated

    t o

    p i c k u p

    t h e

    s i g n a l

    from

    t h a t s o u r c e

    and t h e s a m e

    p r o c e d u r e

    f o l l o w e d .

    W h i l e

    t h e

    s a t e l l i t e

    was t r a n s m i t t i n g

    i t w as

    p o s s i b l e ,

    o f

    c o u r s e ,

    that

    t h e measured

    field

    c c i l d

    r ep re se nt a n a d d i t i o n

    o f b o t h

    s i g n a l s .

    H o w e v e r ,

    t h e e x c e l l e n t

    f r o n t

    t o s i d e

    d i s c r i m i n a -

    t i o n o f t h e

    r e c e i v i n g

    a n t e n n a

    o f ov e r 2 0 d b ,

    and

    t h e f a c t

    t h a t i n

    p r a c t i c a l l y

    a l l c a s e s

    t h e

    a n g l e

    o f

    p i c k u p

    b e t w e e n

    d i r e c t a n d r e - t r a n s m i t t e d

    s i g -

    n a l s was a p p r o x i m a t e l y

    9 0 0

    t e n d e d

    t o i n s u r e

    t h a t

    t h e s a t e l l i t e f i e l d w as b e i n g r n e a s u r e d

    i n s u b -

    s t a n t i a l

    i n d e p e n d e n c e

    o f t h e

    d i r e c t

    f i e l d .

    T h e s e r i e s

    o f

    m e a s u r e m e n t s

    h a v e b e e n c o m p a r e d ,

    both a s t o r a t i o b e t w e e n

    direct a n d r e - tr a n s m i tt e d

    f i e l d

    a r n i

    a s t o

    a b s o l u t e v a l u e s .

    F i g u r e 3

    i s

    a

    p l o t

    o f

    t h e

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    T h e i m p r o v e m e n t s

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    t h e r e l a t i o n s h i p b e f o r e

    a n d a ft e r

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    t h e s a t e l l i t e :

    T A B L E

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    G r a d e s o f S e r v i c e

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    S o S e r v e d .

    P e r C e n t r e c e i v i n g

    P r i n c i p a l C i ty

    C o v e r a g e o r

    b e t t e r

    P e r C e n t receiving

    G r a d e

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    C o v e r a g e

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    C e n t

    r e c e i v i n g

    G r a d e

    B

    C o v e r a g e

    o r b e t t e r

    P e r c e n t a g _ e o f

    P o p u l a t i o n

    From Main

    F r o m

    S a t e l l i t e T r a n s m i t t e r

    4 6

    6 6

    8 6

    0

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    1 8

    C o n c l u s i o n

    T h e r e a r e c e r t a i n l y many

    q u e s t i o n s t o

    b e

    d e ci de d , a n d

    p r o b l e m s

    t o be s o l v e d

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    s a te l l i te t r a n s m i t t e r s to c o m p l e m e n t

    t h e

    s e r v i c e

    g i v e n t o t h e p u b l i c by U H F s ta ti on s . F r o m t h e

    e x p e r ie n c e g a i n e d by t h e

    e x p e r i m e n t a l

    s a t e l l i t e s

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    i n

    o p e r a t i o n ,

    w e c a n j u d g e t h a t

    th ey

    c a n

    p r o v i d e a p u b l i c s e r v i c e

    e c o n o m i c a l l y

    a n d

    p r o -

    f i t a b l y .

    NOTES

    P O W E R

    I N

    A /2

    D I P O L E

    0

    DB W

    W A T T

    O

    D BU

    MICROVOLT

    RECE I VE O

    F IEL D

    DC

    -

    D I R E C T I O N A L

    COUPLER

    1 0

    MV/M

    M

    M I C R O A M M E T E R

    DBU

    F i g .

    1

    L e v e l d i a g r a m o f

    T J {

    s a t e l l i t e t r a n s m i t t i n g s y s t e m .

    7 0

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  • 7/24/2019 UHF Satellite TX-RX Design and Operation

    5/8

    N E W M A P O f T H t

    C I T Y O

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    2 - M E A S U R I N G

    P O I N T S ,

    R A D I A T I O N

    PATTERN

    A N D

    COVERAGE

    CONTOURS

    7 1

    F i g .

    2

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    p o i n t s ,

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  • 7/24/2019 UHF Satellite TX-RX Design and Operation

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