World of User

World of User (http://worldofuser.ru/)
-   Антенна(выбор и настройка) (http://worldofuser.ru/antenna-vybor-i-nastroika/)
-   -   Спутниковые антенны. сравнительные характеристики спутниковых антенн. (http://worldofuser.ru/antenna-vybor-i-nastroika/602-sputnikovye-antenny-sravnitel-nye-harakteristiki-sputnikovyh-antenn.html)

Wolf 26.08.2011 19:58

Спутниковые антенны. сравнительные характеристики спутниковых антенн.
 
Основные характеристики.

Основная характеристика спутниковой антенны или спутниковой тарелки - это ее диаметр. Чем он больше – тем качественнее и увереннее прием сигнала со спутника, выше помехоустойчивость. Спутниковые антенны изготавливаются из различных материалов – сталь, алюминий и пластик. Как правило, для изготовления тарелки небольшого диаметра используется сталь – как более дешевый материал. Для изготовления спутниковых антенн большего диаметра используется алюминий. Плюсы алюминия перед сталью очевидны – значительно увеличивается срок службы спутниковой тарелки (алюминий практически не подвержен коррозии). Следует отдельно отметить, что хотя алюминий уступает металлу по прочности, алюминиевая антенна имеет достаточный запас прочности для того, чтобы противостоять изменчивым погодным условиям. Опасность для алюминиевого зеркала спутниковой антенны могут представлять только крупные твердые предметы, упавшие на нее (например, большая сосулька, сорвавшаяся с крыши здания). На рынке антенн представлены также спутниковые антенны, изготовленные из пластика – в основном они распространены в Европе. Минус использования пластика в изготовлении спутниковых антенн в том, что, как и другие полимеры, он подвержен влиянию температур. Под действием солнечных лучей, перепада температур тарелка деформируется, что, несомненно, сказывается на качестве приема сигнала. Кроме всего перечисленного спутниковые антенны делятся на несколько типов: прямофокусные, офсетные и сетчатые.

Рассмотрим эти различия более подробно:

Сетчатые спутниковые антеннымогут быть как прямофокусными, так и офсетными. Плюсы использования сетчатого зеркала – это уменьшение массы спутниковой антенны, на сетке не скапливаются грязь и осадки, с уменьшением площади значительно уменьшается парусность (сопротивление ветру). Однако сетчатая спутниковая антенна имеет больше недостатков, нежели достоинств. Из-за слишком большого размера ячейки значительно ухудшается качество приема сигнала со спутника. Сетчатая спутниковая антенна сборная – она собирается из плоских сегментов, которые при установке должны быть изогнуты по двум осям. Согнуть сегменты идеально при сборке не получается, следовательно, антенна не имеет идеальной формы. Кроме того, сегменты крепятся к каркасу проволочными скобами, которые не могут обеспечить необходимой прочности при достаточно сильном ветре, и отдельные сегменты могут попросту отвалиться от антенны.


Прямофокусная спутниковаяантенна имеет идеально круглую форму, сигнал со спутника отраженный зеркалом тарелки фокусируется в ее геометрическом центре, следовательно, антенну необходимо направить прямо на спутник. В этом и состоит, пожалуй, единственный минус данного типа спутниковых антенн. Так, как угол подъема спутников относительно горизонта составляет примерно от 25 до 50 градусов, приходиться поднимать антенну на соответствующий уровень – а это влечет за собой трудности в установке. Если на крышу здания или землю такую тарелку еще можно установить, то на стену установка прямофокусной спутниковой антенны очень затруднительна. Верхний край антенны упирается в стену и чтобы этого избежать приходиться применять специальные крепления с большим выносом антенны от стены. Чем больше вынос антенны от стены, тем меньше надежность крепления, да и эстетическая сторона вопроса подчас играет не последнюю роль. К тому же из-за большого угла поднятия антенны увеличивается вероятность повреждения зеркала падающими предметами.

Офсетная спутниковая антенна имеет эллипсовидную форму. Сигнал, отраженный зеркалом фокусируется ниже геометрического центра тарелки, что позволяет значительно уменьшить угол подъема антенны к спутнику. Устойчивостью приема сигнала офсетная антенна несколько превышает прямофокусную, это происходит потому, что закрепленный, чуть ниже центра конвертор не закрывает часть зеркала антенны своей тенью. Установить офсетную спутниковую антенну значительно проще – ведь она стоит почти вертикально, что к тому же снижает вероятность повреждения отражающего зеркала падающими сверху предметами (теми же сосульками). Посредством установки мультифида (держателя сразу для нескольких конверторов) есть возможность приема сигнала с нескольких спутников “висящих” в непосредственной близости друг к другу.

Вывод:

Не смотря на невысокую стоимость, сетчатая спутниковая антенна остается далеко позади. Недостаточная прочность, плохое качество приема сигнала делают ее использование нецелесообразным – ведь главная цель спутниковой тарелки это качественный, уверенный прием телевизионных каналов и обеспечение высокой скорости соединения с Интернетом. Прямофокусная антенна, обеспечивая достаточно уверенный прием сигнала со спутника, имеет серьезный недостаток. Специфика настройки антенны на спутник делают невозможным ее установку на вертикальной плоскости (например, на стене здания). Офсетная спутниковая антенна обладает всеми положительными качествами прямофокусной антенны и даже превышает ее в качестве приема сигнала. Кроме того, офсетная антенна имеет ряд явных преимуществ – простота установки (даже на вертикальные плоскости), меньший угол подъема значительно уменьшает вероятность повреждения отражающего зеркала посторонними предметами. Возможность настройки на несколько спутников делает ее более универсальной.

Wolf 27.08.2011 08:46

Вложений: 4
Тороидальная антенна WaveFrontier Toroidal T90
Вложение 5744
WaveFrontier Toroidal T90 – фиксированная антенна для Ku диапазона, отличающаяся от большинства других наличием мультифида. Так называют антенны, на которые можно установить одновременно несколько конвертеров. Разумеется, можно соответствующим образом доработать крепление обычной фиксированной антенны для мультиспутникового приема, однако, в фокусе всегда будет лишь один спутник. Остальные конвертеры будут находиться в стороне, и, как следствие, получать гораздо меньше сигнала. Безусловно, можно пойти этим путем, но, как правило, более одного конвертера с каждой стороны от центрального установить невозможно из-за высоких потерь сигнала.
Вложение 5745
Отражатель антенны Toroidal направляет сигнал не на единственную фокальную точку, а на фокальную линию. Любой конвертер, помещенный в нее, будет в фокусе спутника, на который он направлен. В этом главное преимущество антенны T90 – в ее комплект входит специальный крепеж для установки нескольких конвертеров. Его размера достаточно для приема спутников в пределах дуги от 40 до 60 градусов.
Как только антенна закреплена на строго вертикальной поверхности, и все углы выставлены соответствующим образом, достаточно настроить T90 на единственный спутник, настройка остальных сведется к установке конвертеров, которая, благодаря нанесенной на крепление шкале, станет менее сложной.

Основные характеристики тороидальной спутниковой антенны TOROIDAL T90:


Основной отражатель Высота 96,7 см
Ширина 108,6 см
Дополнительный отражатель Высота 36,1 см
Ширина 83,6 см
Рабочие частоты 10,70 - 12,75 GHz
Поляризация линейная и круговая
Радиус приёма 40 градусов
Коэффициент усиления на частоте 12,5GHz 39.65 (±0.45) dB
Рекомендуемая разбивка конверторов 3 градуса
Материал отражателя Гальванизированная сталь
с полиэстеровым покрытием
Способ установки антенны По элевации и азимуту
Рабочие температуры От -30єС до +60єC
Допустимая влажность 0 - 90%
Устойчивость к ветру Рабочая 23 м/с
Максимальная 56 м/с
Максимальное количество головок 16
Вес 14,1 кг

Добавлено через 21 минуту
Спутниковая антенна с поворотным механизмом
Вложение 5746
Многие любители спутникового телевидения не останавливаются на приеме одного-двух спутников, но порой возможности ограничены и не можем позволить себе подключить несколько антенн, особенно если монтаж производится за окном. В таком случае можно установить поворотную антенну.
Так что же из себя представляет данная антенна? Прежде чем отвечать на этот вопрос, хотелось бы немного рассказать о такой невидимой составляющей спутникового телевидения, как спутник. Наверное многим известно, что телевизионные спутники находятся на геостационарной орбите, которая представляет собой круговую орбиту, расположенную над экватором Земли, находясь на которой, искусственный спутник вращается вокруг планеты с угловой скоростью, равной угловой скорости вращения Земли вокруг оси, и постоянно пребывает над одной и той же точкой земной поверхности.

Спутники расположены на так называемой полярной дуге на высоте приблизительно 36900 км над уровнем моря, высота нахождения спутника выбирается не случайно, а исходя из расчетов центробежной силы, чтобы спутник не упал на землю и не улетел в открытый космос. Так вот, поворотная антенна – это моторизированная антенна, рассчитанная таким образом, что при движении она описывает точно такую же дугу, как и та, на которой расположены спутники в космосе. Благодаря силе притяжения Земли и противодействующей ей центробежной силе, спутники неподвижны относительно земной поверхности, поэтому достаточно установить устройство (мотор) для перемещения антенны по заданным позициям спутников. Существует два основных вида моторов – актуатор и мотоподвес.

Актуатор- устройство, представляющее собой электродвигатель, работающий от постоянного напряжения 36 Вольт. Вращаясь через червячный механизм, он производит поступательные движения вперед-назад, заставляя тем самым поворачиваться антенну. Актуаторы монтируют на так называемую полярную подвеску антенны. Как правило, это антенны диаметром от 1,2 метра и более. Помимо актуатора устанавливается также позиционер, на который возложены функции питания и управления актуатором.

Мотоподвес - устройство, в котором полярная подвеска и электропривод соединены в одно целое. Это позволяет их устанавливать на азимутальные антенны. Но, к сожалению, существуют ограничения в диаметре антенн. Обычно мотоподвесы корректно работают с антеннами диаметром не более 1,3 метра. Питание мотоподвеса идет уже не от позиционера, а от спутникового ресивера по телевизионному кабелю с напряжением постоянного тока 13-18 Вольт.

Помимо установки мотора необходима также точная настройка антенны и фиксирование спутников. Можно выделить два основных этапа - настройка полярной оси антенны и настройка точных позиций спутников с одновременным запоминанием их на позиционере или в меню ресивера. Полярную ось начинают настраивать с нулевой отметки. Как правило, это самый верхний спутник. Так, один раз настроив антенну, Вы сможете управлять ей уже с пульта ресивера или позиционера, в зависимости от выбранного Вами типа мотора и модели позиционера.
Вложение 5747
Хотелось бы также сделать небольшой акцент на функции дисека (DiSEqC) позиционеров и спутниковых ресиверов. Для удобства пользователей была разработана система дисек 1.2, позволяющая автоматически передвигать антенну при переключении каналов с одного спутника на другой. Система работает по следующему принципу: при выборе канала на спутниковом ресивере он подает команду на мотоподвес или позиционер о перемещении на необходимый спутник. На сегодняшний день все современные ресиверы поддерживают данную функцию. Что же касается позиционеров, то существуют позиционеры как с функцией дисек, так и ручные - управляемые с пульта.

Как не велики возможности системы с поворотной антенной, но поймать все спутники мира она все равно не сможет, так как часть спутников остается по другую сторону Земли, за горизонтом. Есть некоторые особенности приема спутников на антенны с мотоподвесом и актуатором. В системе с мотоподвесом угол разворота будет больше, мотоподвес может передвигать антенну на 180 градусов. Стандартная система с актуатором позволяет обеспечить разворот антенны порядка 100 градусов в зависимости от параметров и производителя антенны. Обычно это не критично, так как в большинстве случаев прием крайних спутников все равно не возможен из-за высотных зданий или деревьев, находящихся на пути сигнала.

Помимо сил притяжения Земли на спутники действуют также силы гравитации луны и солнца, что приводит к их смещению с заданной орбиты. Это в свою очередь вызывает дрейфование спутников относительно точки приема сигнала на земной поверхности. На этот случай во всех спутниках предусмотрен запас топлива, позволяющий скорректировать траекторию движения спутников и вернуть их в заданную позицию. Поэтому у каждого спутника есть определенный срок службы, так как запасы топлива исчерпываются. В среднем это 4 года, далее спутник переводят на более низкие орбиты и сжигают в атмосфере.

Сегодня можно наблюдать колебание сигнала на некоторых спутниках в течение суток. Это не только зависимость от погодных условий, но и скорей всего колебания, связанные со смещением спутника с заданной оси

Raten 21.09.2011 11:02

Вложений: 2
Спутниковые антенны или антенны для приема сигнала со спутника.

Общие сведения:
Спутниковые антенны или как их еще называют «тарелки», - устройства, необходимые для приема сигналов с искусственных спутников Земли (далее ИСЗ) и применяются, как правило, для просмотра телевидения, приема *радио *и * доступа *в интернет.

Спутниковые антенны представляют собой параболическую конструкцию, по форме напоминающую «тарелку», изготовленную из металла и различного диаметра.

Спутниковые антенны состоят из: крепления, *отражателя (зеркала, рефлектора) и конвертера.

Так как, форма спутниковой антенны сферическая, сигнал, падая на полезную площадь ее зеркала, отражается только в одном направлении, образуя в определенном месте, своеобразный пучок этого сигнала. Выражаясь другими словами, отраженный от зеркала спутниковой антенны радиосигнал, "фокусируется" в одной точке. Эта точка и есть «фокус» антенны.
В "фокусе", собираемого спутниковой антенной пучка радиоволн, устанавливается специальное приемное устройство, то есть, сам спутниковый конвертер. Вот на этот конвертер или как его еще называют облучатель, и подается узкий пучок электромагнитного радиосигнала, собранного спутниковой антенной. Далее пучок электромагнитного проходит по волноводу конвертера, поляризуется и поступает на высокочастотную часть конвертера для дальнейшей обработки и последующей передачи на приемное устройство - ресивер (тюнер).



По конструкции различают спутниковые антенны двух типов:

Спутниковая офсетная антенна:
Офсетная антенна имеет рефлектор в виде овала. При этом фокус смещен в нижнюю часть спутниковой антенны.
Вот схема как фокусируются лучи на офсетной антенне:
Вложение 5748


Спутниковая прямофокусная антенна:
Прямофокусная антенна имеет рефлектор в виде круга, и фокус расположен в геометрическом центре спутниковой антенны.
Вот схема как фокусируются лучи на прямофокусной антенне:
Вложение 5749

Raten 21.09.2011 11:04

Вложений: 1
Вот схема устройства офсетной спутниковой антенны.
Вложение 5750

1. Зеркало 2. Штанга несущая 3. Держатель 4. Кронштейн поворотный 5. Держатель левый/правый 6. Зажим 7. Скоба 8. Болт М6х12 9. Болт М6х16 10. Болт М6х45 11. Винт М4х20 (саморез) 12. Винт М6х14 (полукруглый) 13. Гайка М6 14. Гайка М8 15. Шайба Ø6 гровер 16. Шайба Ø8 гровер 17. Шайба Ø6 18. Шайба Ø8 19. Стойка крепежная.

Raten 21.09.2011 11:09

Прием на одну спутниковую антенну нескольких спутников.

Для приема сигналов одновременно от нескольких спутников на одной параболической антенне можно установить несколько конвертеров (облучателей). Данный факт возможен благодаря двум факторам:

1) благодаря «близкому» расположению спутников друг к другу на *геостационарной *орбите.

2) возможности параболической антенны фокусировать лучи с другого спутника в некоторой точке пространства расположенной невдалеке от основного фокуса. Если расположить в этой точке конвертор, то он сможет принимать и преобразовывать сигнал с соседнего спутника. Обычно, такое возможно, если расстояние между спутниками составляет не более 10-15°. *Почему так? Ответ: чем, больше угол — тем слабее сигнал (меньше активная площадь отражателя, больше расфокусировка).

Для большей наглядности рассмотрим прием нескольких спутников на ОДНОЙ спутниковой антенне:
В западной и южной части России, на всей территории Украины, Белоруси, Молдовы можно принимать сигнал на одну спутниковую антенну с 3-5 спутников.

Например Спутники:
Astra-4A (Sirius-4), на позиции 5°Е,
Eurobird 9A, на позиции 9°E,
Hotbird на позиции 13°E можно принимать на одну антенну, настроив фокус антенны на спутник Eurobird *9A на позиции 9°E, а конвертеры на спутники на позициях 5°Е и 13°E поставить по бокам, т.е. слева и справа (на мультифидах) от конвертера на спутник на 9°E.
Это мы рассмотрели вариант приема на одну спутниковую антенну трех спутников.

Можно пойти дальше. Так, если настроить фокус антенны на спутник Astra-4A (Sirius-4), на позиции 5°Е, то можно принимать еще и сигнал со спутников Thor-5,6 на позиции 1°W и Amos 2/3, на позиции 4°W. Так можно принимать суммарно сигнал с пяти спутников на ОДНОЙ антенне.

Конечно уровень (сила) сигнала со спутников «расположенных по "бокам" от фокуса антенны будет ниже чем с «центрального», но при хорошей настройке и использовании хорошего оборудования, в первую очередь конвертеров – уровень сигнала будет вполне достаточный для просмотра ТВ каналов.

Raten 21.09.2011 11:32

Вложений: 1
Прием на одну спутниковую антенну нескольких спутников (продолжение)

Какие еще варианты приема нескольких спутников на одну антенну могут быть?

Многое зависит от того, какие спутники Вы хотите принимать на одну антенну.
Как уже было сказано в предыдущем сообщении, первым фактором дающим возможность принимать нескольку спутников на одну антенну, является «близкое» расположение спутников друг к другу на геостационарной орбите. Таким образом отправной точкой для решения этой задачи будет «месторасположение» спутников.
Если Вам нужен прием спутников, на которых вещают российские, украинские и белорусские каналы, то помимо варианта, описанного в предыдущем сообщении могут быть такие варианты приема нескольких спутников на одну антенну:


Спутники: Intelsat 904 на позиции 60.0°E и Express AM22 на позиции 53°E на одной тарелке.

На спутнике Express AM22 осуществляется открытое (некодированное) вещание российских ТВ каналов: «ОРТ-СНГ», «НАШ ДОМ», «ТВЦ», «5-й канал Петербург», «СТС», «Домашний», «MUZ-TV + LOVE» и Белорусских каналов «BELARUS TV», «STV Minsk», «ВТВ».

На спутнике Intelsat 904 идет вещание платного российского пакета «Рикор», но и помимо этого идет вещание открытых российских каналов: «100ТВ», «Подмосковье», «НТК», «НикаТВ», «БашикрТВ», "Брянская губерния" а также в формате MPEG-4 вещают каналы «ТДК», «Недвижимость» и «Россия24».
Прием спутников Intelsat 904 на позиции 60.0°E и Express AM22 на позиции 53°E возможен на одну антенну, диаметром от 90 см. Оптимальное расположение конвертеров для уверенного приема такое: конвертер на Express AM22 в центре (в фокусе) антенны, конвертер на Intelsat 904 сбоку на мультифиде.


Спутники: Eutelsat W4/W7 на позиции 36°E, Hellas Sat 2 на позиции 39°E, Turksat 2A/3A на позиции 42°E и Astra 1G на позиции 31,5 °E на одной тарелке.
Спутник Eutelsat W4 без преувеличения можно назвать жемчужиной спутникового ТВ.
С этого спутника идет вещание двух российских платных пакетов – «НТВ+» и «Триколор», помимо идет вещание в открытом виде нескольких привлекательных российских каналов: «ТВ-3», «8-канал», «НТК-Орбита», музыкальные: «Европа Плюс», «A-One».

Со спутника Astra 1G на позиции 31,5°E идет открытое вещание украинского пакета каналов «Укркосмос» - 13 каналов, из которых 9 вещают MPEG-2, а 4 вещают MPEG-4.
Прием спутников Astra 1G на позиции 31,5Е, Eutelsat W4/W7 на позиции 36°E, Hellas Sat 2 на позиции 39°E возможен на одну антенну, диаметром от 90 см., но лучше антенна диаметром 100-120см.

Кроме того для желающих принимать передачи со спутника Turksat 2A/3A на позиции 42°E (турецкие, грузинские каналы + много музыки в открытом формате) не составит сложности добавить конвертер и на этот спутник.

Добавлено через 14 минут
Как выглядит спутниковая антенна, настроенная на прием сигнала с нескольких спутников ?

Вот, например антенна для приема спутников Amos 2/3, на позициях4°W, Thor-5,6 на позиции 1°W, Astra-4A (Sirius-4), на позиции 5°Е и Eurobird 9A, на позиции 9°E
Вложение 5751

Cotea 12.12.2011 15:00

Технические характеристики спутниковых антенн.
 
В этом случае поляризация будет круговой.
Поляризация сигнала, излучаемого спутником-ретранслятором, определяется конструкцией его передающей антенны. Для обеспечения качественного телевизионного приема необходимо, чтобы поляризация приемной антенны соответствовала поляризации принимаемого сигнала. Таким образом, исходя из приведенных выше сведений, можно сформулировать требования к основным характеристикам приемных антенн непосредственного телевизионного вещания. Антенны должны обладать:

Высоким коэффициентом усиления (35 — 50 дБ) при достаточно высоком коэффициенте использования поверхности (0,5 — 0,7)
Низким уровнем боковых лепестков (—25...— 35 дБ)
Малым значением шумовой температуры (20 — 30 К)
Низким уровнем кросс поляризации (— 30...— 35 дБ)
Необходимыми динамическими характеристиками и конструкцией, обеспечивающими сохранение электрических характеристик и надежную работу в заданных климатических условиях.

Наиболее полно в настоящее время удовлетворяют приведенным выше требованиям зеркальные антенны, которые в основном и применяются в спутниковой радиосвязи.
Точность выполнения, технология изготовления и материалы рефлекторов:
Изготовить зеркальную антенну, профиль которой полностью соответствовал бы выражениям, описывающим параболоид, невозможно, так же как невозможно сделать какое-либо устройство с абсолютной точностью.

Рассмотрим, как влияет отклонение формы поверхности зеркала от параболоида на характеристики антенны. Из анализа хода лучей в параболическом рефлекторе в результате отклонения формы поверхности изменяется расстояние, преодолеваемое волной от разных точек отражателя до облучателя. В результате электромагнитное поле в раскрыве антенны оказывается несинфазным (возникают фазовые ошибки). Эти ошибки приводят к ухудшению практически всех электрических характеристик антенны:

Расширяется главный лепесток диаграммы направленности, и, как следствие, падает усиление антенны
Увеличивается уровень бокового излучения
Растет кросс поляризационная составляющая


Кроме этого, при эксплуатации антенной системы возникает ряд нежелательных эффектов, приводящих к отклонению формы поверхности зеркала: деформация антенны под действием ветровой нагрузки; воздействие силы тяжести, приводящее к провисанию кромок зеркала, т. е. к его деформации; неравномерный нагрев поверхности зеркала под действием солнечных лучей, также приводящий к деформации (перепад температур между поверхностью, ориентированной к Солнцу, и поверхностью, ориентированной в область тени, может составлять до 15 С).

Суммарное отклонение профиля антенны определяется действием всех перечисленных факторов.

Для индивидуальной зеркальной спутниковой антенны отклонение формы поверхности величиной 2 мм приводит к снижению коэффициента усиления приблизительно на 10 %. У лучших современных антенн, предназначенных для диапазона 10— 12 ГГц, суммарное отклонение не превышает 0,5 мм. Для антенн с малой кривизной зеркала обеспечить высокую точность поверхности гораздо легче, чем для глубоких зеркал.

Рефлекторы могут быть: Сплошные, Перфорированные, Сетчатые.
Определенный интерес вызывают перфорированные рефлекторы. Они представляют собой зеркало, по всей поверхности которого расположены отверстия. В случае, если их диаметр много меньше длины волны (d 1), то эти отверстия не оказывают никакого отрицательного влияния на отражающую способность поверхности (при высоком качестве изготовления), т.к. будут представлять собой волновод с размером менее критического, и практически вся падающая волна будет отражаться. Достоинством таких рефлекторов являются меньшие ветровые нагрузки и масса, а также то, что они мало задерживают влагу. Считается, что перфорированные рефлекторы лучше вписываются в архитектурный стиль исторических районов города. Однако в Ku-диапазоне коэффициент усиления таких рефлекторов меньше по сравнению со сплошными.

Рефлекторы должны удовлетворять следующим основным требованиям:
Отражающая поверхность должна соответствовать разработанной форме и оставаться неизменной в течение всего срока эксплуатации
Индивидуальные антенны должны иметь достаточно простую конструкцию

На срок службы рефлектора, в основном, влияет конструкция, материал и способ изготовления. Антенна функционирует с заданными параметрами, пока она новая, но с течением времени, по мере воздействия внешних факторов, эффективность ее работы снижается. При расчетах и изготовлении рефлектора должны быть учтены допуски на расширение и сжатие материала, из которого он изготовлен, обусловленные воздействием ветра, тепла, коррозии и других факторов внешнего воздействия. Рефлектор — это наиболее критичный компонент приемного комплекса. При изготовлении зеркал параболических антенн наибольшее распространение в настоящее время получили методы раскатки и штамповки металла, а также горячей прессовки композитных материалов (различных пластиков).

Выбор технологии производится в зависимости от диаметра зеркал и особенностей формы их рабочей поверхности. Кроме того, на него влияет наличие производственной базы и объем выпуска. При изготовлении металлических рефлекторов чаще всего используются различные виды листовой штамповки: вытяжка с утонением и без утонения, штамповка взрывом, резиновым пуансоном и др. Очевидно, что применение каждого из этих методов должно быть обосновано с экономической точки зрения.

Снизить стоимость оборудования при обработке давлением позволяет использование гидравлической вытяжки и штамповки взрывом. Ведутся работы по применению штамповки резиной для формовки зеркал параболических антенн. Желание избавиться от одного из жестких элементов штампа обусловлено сложностью изготовления и дороговизной крупногабаритной стальной детали (пуансона) параболической формы. При использовании указанных способов штамповки шероховатость поверхности зеркала доводится до допустимой величины путем обработки листовой заготовки, так как при последующей формовке она остается неизменной. На холодной деформации листовой заготовки основана и ротационная раскатка, выполняемая стальными роликами по деревянной или металлической форме. Достигаемая при этом точность составляет ±0,1 мм. Процесс ведется либо на универсальных станках, либо на специальных приспособлениях. При этом должно быть обеспечено оптимальное давление раскатчиков на металл, которое подбирается экспериментально: при малых не происходит равномерной раскатки, при больших же появляется шелушение металла на поверхности из-за высоких внутренних напряжений в поверхностном слое.

При изготовлении зеркал параболических антенн получило распространение и литье. Оно позволяет выполнить заготовку зеркала с крепежными элементами конструкции, обеспечивающими его механическую прочность. Недостатками являются высокая стоимость форм (используется чаще всего литье под давлением) и необходимость доводки зеркала по шаблону. Интересен метод формирования параболического зеркала во вращающейся (со скоростью до 1000 об/мин) круглой емкости с расплавленным металлом. Под действием вихревых токов металл (как правило, алюминий) расплавляется в ванне, после чего она приводится во вращение. Под действием центробежных сил поверхность металла приобретает форму параболоида. Затвердевание следует проводить в процессе вращения, как можно быстрее понижая температуру ванны, чтобы избежать искажения заготовки. Параметры параболического зеркала варьируются размерами ванны и скоростью вращения. Материал, из которого изготовлено зеркало антенны, во многом определяет ее характеристики и гарантийный срок эксплуатации. В настоящее время антенны выполняют из стали, алюминиевого сплава и пластика. Стальные и алюминиевые рефлекторы имеют хорошие электрические и механические характеристики. Одним из существенных преимуществ таких рефлекторов (особенно стальных) является невысокая стоимость.

Стеклопластиковые рефлекторы изготавливаются путем проклеивания многих слоев стеклоткани. Далее поверхность оклеивается алюминиевой фольгой. Основным недостатком таких антенн является нарушение геометрии зеркала, так как клеевые структуры со временем теряют свою форму, коробятся, особенно под воздействием солнечных лучей.

Антенны из литого термопластика изготавливаются следующим образом. На полученную методом прессования чашеобразную заготовку наносят трехслойное покрытие: грунт, токопроводящую никелевую краску и защитный лак. Иногда в пластик добавляют металлический порошок-наполнитель либо армируют проволочной сеткой.

Необходимо отметить, что в настоящее время зарубежные фирмы-производители достигли очень хороших результатов при изготовлении пластиковых рефлекторов методом горячей штамповки. Они гарантируют стабильность электрических характеристик рефлектора в течение 10 — 15 лет эксплуатации.

Cotea 12.12.2011 15:05

Технические характеристики спутниковых антенн.
 
Приемная антенна предназначена для улавливания (приема) и концентрации электромагнитных волн (сигналов), исходящих из спутника-ретранслятора. По мере развития спутниковой связи совершенствовалось приемное оборудование. Новые достижения радиоэлектроники, повышение мощности ретрансляторов и установка на КА передающих антенн, формирующих узкий луч, позволили уменьшить размеры приемной антенны до 40 — 60 см.

В настоящее время приемные антенны СНТВ можно разделить на 2 типа:
Зеркальные
Плоские
Существуют также антенны других конструкций (рупорные, линзовые), но, несмотря на ряд ценных качеств, из-за высокой стоимости они находят лишь ограниченное применение. Прежде чем начать рассмотрение устройства этих антенн, необходимо дать определение:

Основные электрические характеристики приемных антенн.

Рабочий диапазон волн — это тот диапазон, в пределах которого антенна сохраняет с заданной точностью свои основные параметры (направленное действие, поляризационную характеристику, согласование). Требования к постоянству параметров в пределах рабочего диапазона могут быть различными в зависимости от условий использования антенны. Если ширина рабочего диапазона не превосходит нескольких процентов от длины средней волны диапазона, то антенна называется узко диапазонной; а если составляет несколько десятков процентов и больше — широкодиапазонными.
Существенное значение имеют характеристики направленности. Именно благодаря возможности создания антенн с высокой пространственной избирательностью осуществляется прием программ спутникового ТВ вещания.
Наглядное представление о распределении энергии волн дает амплитудная характеристика направленности. Характеристика направленности приемной антенны определяется величиной наводимой в ней электродвижущей силы (ЭДС) в зависимости от направления в пространстве (или от утла падения приходящей волны). Направление определяется азимутальным (φ и меридиональным Θ углами сферической системы координат (рис.1). При этом поле измеряется на одном и том же (достаточно большом) расстоянии г от антенны и предполагается, что потери в среде отсутствуют.

Сферические координаты точки наблюдения Рис-1

На рис.2 представлены нормированные диаграммы направленности в полярной и декартовой системах координат. Область1 называют основным (главным) лепестком,
области 2 — заднего и боковыми лепестками. Чем меньше угол раствора главного лепестка и уровень заднего и боковых лепестков, тем больше уровень сигнала на выходе антенны и выше помехозащищенность приема.
http://pskovsat.ru/images/content/hardware/antene/tehchar2.gif...e/tehchar2.gif
Рис-2 Диаграммы направленности

Направленное действие антенны часто оценивают по углу раствора диаграммы направленности, который также называют шириной диаграммы. Под шириной 2 θ*0,5 диаграммы (главного лепестка) подразумевают угол между направлениями, вдоль которых напряженность поля уменьшается в корень квадратный из 2 раз по сравнению с напряженностью поля в направлении максимума излучения (рис.3), а поток мощности соответственно уменьшается вдвое. В некоторых случаях под шириной 2 θο подразумевают угол между направлениями (ближайшими к направлению максимума), вдоль которых напряженность поля равна нулю.
Для сравнения направленных антенн вводят параметр, называемый коэффициентом направленного действия (КНД).

Коэффициент направленного действия D — это число, показывающее, во сколько раз пришлось бы увеличить мощность излучения антенны при переходе от направленной антенны к ненаправленной, при условии сохранения одинаковой напряженности поля в месте приема (при прочих равных условиях):

D = Pzo/ Pz(1)

где Pzo — мощность излучения ненаправленной антенны;
Рz — мощность излучения направленной антенны. Коэффициент направленного действия приемной антенны показывает, какому увеличению мощности передатчика эквивалентно даваемое направленной антенной превышение сигнала над уровнем помех (по сравнению с приемом на ненаправленную антенну) при условии равномерного распределения помех во всех направлениях

Рис-3 диаграммы направленности приемной антенны

Эффективная площадь антенны А характеризует площадь поверхности, через которую приемная антенна собирает энергию, и определяется как отношение максимальной мощности, которая может быть отдана приемной антенной (без потерь) в согласованную нагрузку, к мощности П, приходящейся на единицу площади в падающей плоской волне:

A = Pпр /П (2)

где П численно равно модулю вектора Пойтинга.

Между эффективной площадью А и коэффициентом направленного действия D антенны существует следующая связь:

D=4πΑ / λ2(3) или Α=DA / 4π (4) где λ — длина волны.

Поскольку параметр D применяется как к передающим, так и к приемным антеннам, постольку и параметр А также может быть использован для характеристики свойств любых антенн — и приемных, и передающих.
Для суждения о выигрыше, даваемом антенной, при учете как ее направленного действия, так и потерь в ней служит параметр, называемый коэффициентом усиления антенны.
Коэффициент усиления антенны равен произведению:

КНД на её КПД:
G = D*η (5) С учетом (1), получаем G = Pzo / Pa (6) где Pa = Pz / η

Антенна должна иметь возможно более высокий коэффициент усиления G и, следовательно, большие геометрические размеры, что делает ее дорогостоящим сооружением. Поэтому при заданной геометрической площади важно получить возможно больший коэффициент усиления G. Фактически, из-за неточностей, допускаемых при изготовления антенны, из-за деформаций, вызываемых ветровыми нагрузками, односторонним солнечным нагревом и т. п., реальное усиление оказывается ниже максимального.

С увеличением значения G должна уменьшаться ширина главного лепестка диаграммы направленности. В случае уменьшения ширины диаграммы направленности до величин менее одного градуса необходимо снабжать антенну системой слежения, так как геостационарные спутники совершают сложные гармонические годовые и суточные колебания, которые с Земли наблюдаются в форме изменяющейся восьмерки.

Увеличение ширины диаграммы направленности приводит к уменьшению коэффициента усиления G и, как следствие, падению мощности сигнала на входе приемника. Исходя из этого, оптимальной для индивидуальных приемных устройств следует признать диаграмму направленности с шириной главного лепестка в пределах 1—2

К уменьшению коэффициента усиления G приводит также наличие в диаграмме направленности антенны боковых лепестков.

Еще одна причина, заставляющая уделять особое внимание боковым лепесткам, состоит в необходимости обеспечения высокой помехозащищенности приемной установки (рис.4).

Через боковые лепестки на вход приемника могут попадать помехи от соседних спутников-ретрансляторов, от наземных радиолокаторов и радиорелейных линий связи, работающих в СВЧ диапазоне, и т. д. Таким образом, снижение уровня боковых лепестков (особенно уровня первого бокового лепестка) позволяет значительно повысить помехозащищенность приемной установки.

Рис - 4 Влияние боковых лепестков диаграммы направленности на помехозащищенность

Именно поэтому вводятся международные нормы на уровень огибающей диаграммы направленности. Важно также и то, что радиосигналы, приходящие на вход приемника через боковые лепестки, в значительной мере определяют уровень собственных шумов антенны.

Кроме искусственных, на антенну воздействуют также различного рода естественные шумы, вызванные тепловым излучением Земли и земной атмосферы. Воздух и земля вблизи антенны, будучи средами, поглощающими в той или иной степени энергию радиоволн, сами создают тепловое электромагнитное излучение. Наличие джоулевых потерь антенны также приводит к возникновению дополнительных шумов.Особенностью перечисленных выше помех является их случайный, стохастический характер.

Для определения их воздействия на приемную антенну используют понятие эквивалентной шумовой температуры антенны

Тэ.а которая определяется по формуле:
Тэ.а = Рш.a / ( k f ) (7)

где Рш.а — мощность шумов, отдаваемая антенной в нагрузку;
к — постоянная Больцмана Дж/град;
f— ширина полосы частот, в которой работает антенна.
В формуле (7) под Tэ.а следует понимать не физическую температуру антенны, а некоторый коэффициент, имеющий размерность температуры и определяющий мощность шумов, принимаемых антенной. Большое значение имеют поляризационные свойства антенны. Распространяющаяся электромагнитная волна характеризуется векторами электрической Е и магнитной Н напряженностей электромагнитного поля. Векторы Е и Н вдоль направления распространения волны непрерывно изменяют во времени свои значения в соответствии с законом, по которому изменялся ток в проводнике, возбудивший электромагнитную волну (рис. 6). Особую роль при распространении волны играет пространственная ориентация этих векторов. Поляризация излучения определяется положением вектора Е. Зная направление этого вектора в пространстве и изменение этого направления во времени, можно составить представление о характере поляризации волны.

В случае линейной поляризации вектор напряженности электрического поля колеблется по направлению от положительного до отрицательного в вертикальной или горизонтальной плоскости {вертикальная или горизонтальная поляризация) (рис. 6, а, б).

Более сложное представление имеет вращающаяся поляризация (рис. 6, в). В этом случае вектор Е в точке наблюдения непрерывно меняет свою ориентацию. За период волны вектор Е делает один полный оборот в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Кривая, которую описывает конец этого вектора в точке наблюдения за один период, называется поляризационной характеристикой.

Поляризационная характеристика антенны с вращающейся поляризацией представляет собой эллипс. Параметрами эллипса, определяющими его, являются коэффициент эллиптичности т и угол наклона а (рис.7). Коэффициент эллиптичности представляет собой отношение малой полуоси эллипса:

(ОА = а) к большой (ОВ = Ь): m = а / Ь.

Коэффициент т в общем случае может принимать значения от 0 до 1 (0 соответствует линейно поляризованному полю, 1 —полю с круговой поляризацией) . Углом наклона α называется угол между большой осью эллипса и координатной осью X (рис.7 в).

Для более полной оценки поля в точке наблюдения наряду с параметрами эллипса необходимо знать также направление вращения вектора Ε и его начальную фазу (положение вектора Е в плоскости ХОУ в момент времени t = 0).

В зависимости от направления вращения вектора Е различают поля правого и левого вращения. Полем левого вращения называется такое, вектор Ε которого вращается по часовой стрелке для наблюдателя, смотрящего навстречу направлению распространения волны. Вектор Ε поля правого вращения вращается против часовой стрелки.

Рис -6. Структура электромагнитной волны:
а-вертикальная б-горизонтальная в-вращающаяся поляризации.


На рис.7 изображены различные поляризационные характеристики. Поляризационные характеристики, изображенные на рис.7, а, б, соответствуют линейно поляризованному полю (т = 0) и представляют собой прямую линию, ориентированную вдоль оси Y (вертикальная линейная поляризация) или вдоль оси X (горизонтальная линейная поляризация). Показанная на рис.7, в поляризационная характеристика соответствует полю с вращающейся поляризацией и представляет собой эллипс (0 < т < 1). На рис.7, г представлена поляризационная характеристика поля с круговой поляризацией (т = 1) правого направления вращения (волна распространяется вдоль оси Z).

Рис.7. Поляризованные поля:

а — вертикально;
б — горизонтально;
в — эллиптически;
г — поле круговой поляризации правого направления вращения;
д — поле круговой поляризации левого направления вращения;
е — представление поля с вращающейся поляризацией двумя взаимно перпендикулярными векторами.
Необходимо отметить, что поляризация волн, проходящих через направление максимального излучения (главный лепесток), называется главной, или основной. В других плоскостях имеется составляющая поля, поляризованная перпендикулярно основной поляризации. Эта составляющая называется кросс поляризационной и является нежелательной. Уровень кросс поляризационного излучения определяется как отношение мощности, излучаемой антенной в направлении максимума на рабочем виде поляризации, к мощности, излучаемой этой же антенной, на побочном виде поляризации в направлении максимума побочного излучения.
Во многих случаях представляется удобным рассматривать электромагнитное поле как результат суперпозиции двух взаимно перпендикулярных полей, сдвинутых по фазе (рис. 3.7, е).
Исходя из этого, поле в точке наблюдения можно описать при помощи компонент:
Ех, Еу: Ех = Ах cos(ωt +ψ ),
Еy = Аy cos(ωt+ ψ),

где Ах, Ау — амплитуды колебаний соответствующих компонент;
ψ — начальная фаза колебаний.
ω — круговая частота.
Исключая из этих выражений время путем замены cos ωt на Ех/Ах, после преобразования получаем уравнение эллипса:

(8)
Если компоненты поля Ех и Еу сдвинуты по фазе на π/2, то (8) принимает вид

Последнее выражение представляет собой уравнение эллипса, оси которого совпадают с координатными осями X и У. При этом коэффициент эллиптичности т определяется соотношением амплитуд Ах и Ау взаимно перпендикулярных составляющих поля.

сдвиг по фазе ψ = π / 2, а амплитуды равны (Ах= Ау = А), то выражение (9) будет представлять собой уравнение окружности:

Palamar 20.01.2013 10:15

1. Какая нужна аппаратура для приема программ с того или иного спутника?
Комплект аппаратуры для приема программ с любого спутника состоит минимум из трех основных элементов: антенна, конвертер, ресивер.

2. Какие бывают антенны?
Спутниковые антенны бывают различных типов, но основными и наиболее используемыми являются антенны с зеркалом в виде параболоида вращения, которые в свою очередь делятся на два основных класса: прямофокусные и офсетные. Все остальные типы спутниковых антенн являются весьма экзотическими и обычно уступают параболическим по соотношению цена/качество.

3. Какие антенны лучше - прямофокусные или офсетные?
Конструкция офсетной антенны выбрана таким образом, что конвертер не затеняет полезную площадь зеркала. В прямофокусной антенне конвертер с крепежными растяжками закрывает часть ее поверхности. С увеличением общей площади антенны этот эффект становится все менее значительным. Поэтому при размерах антенны до 1,5 - 1,6 м. по нашему мнению предпочтительней устанавливать офсетные антенны. Офсетная антенна обладает еще и тем преимуществом, что она крепится почти вертикально, поэтому в ней не скапливаются атмосферные осадки, что может повлиять на качество приема, особенно в зимнее время.


4. Какие антенны лучше - алюминиевые, стальные, пластиковые или сетчатые?
Для изготовления антенн чаще всего используют алюминий. Он обеспечивает достаточную прочность при приемлемых весовых характеристиках. Стальные антенны дешевле, но тяжелее. Кроме того необходимо обратить внимание на то, как отражающая поверхность антенны защищена от коррозии. Дело в том, что в отражении электромагнитного сигнала участвует очень тонкий приповерхностный слой металла. Если он будет поврежден ржавчиной, то это может понизить эффективность антенны. Пластиковые зеркала с тонким металлическим покрытием очень подвержены искажениям формы за счет различных внешних воздействий - температуры, длительных нагрузок и т.д. Сетчатые антенные устойчивы к ветровым нагрузкам, имеют хорошие весовые характеристики, но они плохо зарекомендовали себя при приеме сигналов Ku-диапазона. Их целесообразно использовать для приема сигналов С-диапазона.

5. Из чего состоит спутниковая антенна?
Спутниковая антенна состоит из зеркала, элементов крепления конвертера и подвески. Существует два типа подвесок: азимутально- угломестная и полярная. Антенны с азимутально-угломестной подвеской позволяют настроить антенну на какой-либо спутник и жестко ее зафиксировать. Полярная подвеска позволяет перенацеливать антенну с одного спутника на другой при помощи рычага-актюатора с электрическим приводом. Такая система позволяет принимать свыше сотни телевизионных программ. Название этого типа подвески произошло из-за того, что ось, вокруг которой в этом случае вращается антенна, получается направленной на Полярную звезду.

6. Что такое конвертер?
Конвертер - это небольшой электронный блок, который находится в фокусе антенны и собирает электромагнитный сигнал, отраженный от поверхности зеркала антенны, затем усиливает и преобразует его таким образом, чтобы можно было передать по кабелю. Важной характеристикой любого конвертера является величина дополнительного шума, который он вносит в принимаемый сигнал. Для конвертеров Ku-диапазона шум измеряется в децибелах (dB). Сейчас имеют распространение конвертеры с шумом от 0.5 до 0.2 dB. Шум конвертеров С-диапазона измеряется в градусах Кельвина (К). Эта величина лежит обычно в пределах от 11К до 18К. Чем меньше шум конвертера, тем он меньше вносит искажений в телевизионный сигнал и тем дороже сответственно, стоит. Естественно при выборе конвертора следует помнить, что написать на нем можно все, что угодно, и как правило дешевое оправдывает свою низкую цену соответственной работой.. Мы рекомендуем конвертора торговой марки INVERTO

7. Что такое C и Ku диапазон?
Для спутникового телевидения используются два основных диапазона: С - диапазон (3.5 - 4.2ГГц) и Ku-диапазон (10.7 - 12.75ГГц). Европейские спутники вещают преимущественно в Ku-диапазоне. Российские и азиатские спутники обычно ведут вещание в обоих частотных диапазонах. Ku-диапазон условно разбит на три поддиапазона. Первый диапазон (10.7-11.8ГГц) носит название диапазон FSS. Второй диапазон (11.8-12.5ГГц) называется DBS-диапазон. Третий диапазон (12.5-12.75ГГц) называется по имени французских спутников Telecom, использующих для вещания эти частоты. Соответственно, и Ku-конвертеры бывают трех типов : однодиапазонные с полосой частот 10.7 - 11.8ГГц , двухдиапазонные - 10.7 - 12.5 ГГц. и трехдиапазонные (или Full Band , Wide Band, Triple) с полосой частот 10.7 - 12.75ГГц.

8. Можно ли для просмотра спутниковых программ использовать отечественные телевизоры очень старого образца?
Да, если в них встроены блоки ДМВ и PAL, а также имеется возможность выбора системы B/G (5,5 МГц).

9. Можно ли поставить одну тарелку на двух или более абонентов?
Да, но это повышает стоимость комплекта за счет изменения типа конвертора на антенне и установки дополнительных ресиверов(тюнеров).

10. Как удалить лед с конвертора?
Лучше всего это можно сделать при помощи обычного фена для волос,это не повредит антенны, но прийдется потрудиться :), вариант два- полейте ее теплой водой, вариант три ( на долго) расположите на задней поверхности антенны систему нагрева, которую используют для предотвращения замерзания водостоков на крышах.

11. Как закрыть доступ несовершеннолетних детей к просмотру "взрослых" каналов?
В большинстве моделей спутниковых тюнеров для этих целей имеется функция "родительский ключ" (parental lock), который можно установить при программировании тюнера.

13. Нужно ли обслуживание "тарелки" с поворотным устройством?
Да, если Вы считаете обслуживанием смазывание шаровых опор на актюаторе с интервалом один раз в полгода. Если у вас установлен мотоподвес, то как правило обслуживать его не представляется возможным , если конечно не заниматься этим ради личного удовольствия.

14. Как влияют погодные условия на качество приема?
Дождь, снег и туман ухудшают качество приема- устанавливайте качественны конвертора, это сократит количество дней с отсутствием сигнала..

15. Почему на экране телевизора во время просмотра российских аналоговых каналов (в C-band) периодически появляются помехи в виде горизонтальных белых черточек?
Такие помехи дает работающий поблизости радиолокатор.

16. Почему на экране телевизора, особенно в вечернее время, появляются помехи в виде чередующихся горизонтальных темных и светлых полос?
Это связано с понижением напряжения в сети. Особенно этим "страдали" аналоговые тюнеры., с появление импульсных блоков питания эта проблемма отпала.

17. Как выбирается место для установки эфирной антенны?
Главным условием при выборе места под эфирную антенну является прямая видимость ретрансляционной вышки. При отсутствии прямой видимости, во-первых уменьшается уровень принимаемого сигнала, во-вторых, сигнал претерпевает искажения, что наиболее пагубно для качестваизображения. При этом, чем более направленная антенна, тем искажения больше.
Расстояние от антенны до объекта, стоящего на пути следования сигнала практически не имеет значения. Лишь если этот объект достаточно далеко, сигнал нижних по частоте каналов огибает их. Сигнал дециметрового диапазона практически не огибают препятствия.

18. Как выбирается место для установки спутниковой антенны?
Главным условием при выборе места под спутниковую антенну является наличие открытого пространства в диапазоне поворота антенны от юго-востока до юго-запада и в диапазоне подьема антенны (угол места) от нескольких градусов до 35 (для Днепропетровска, если вы южнее угол места больше, севернее меньше). При этом допускается нахождение малых по площади (несоизмеримых по площади с площадью зеркала антенны) объектов на пути следования сигнала.

19. Какой используется кабель для спутникового ТВ.
Кабель используется с волновым сопротивлением 75 Ом. Рекомендуем кабель Trylogy, Belden. Они имеют малое затухание и устойчивы к атмосферному воздействию.

Palamar 20.01.2013 10:37

Вложений: 7
При словосочетании “спутниковая антенна” в воображении возникает параболическое зеркало, или попросту "тарелка". "Тарелки" в изобилии украшают стены наших домов. Им отведено значительное место в буклетах и прайс-листах фирм, торгующих спутниковым оборудованием. Они же рассматриваются в многочисленных статьях посвященных выбору и настройке спутниковой антенны. И такое внимание в общем-то справедливо. Во многих случаях параболические зеркала остаются оптимальными для приема спутниковых трансляций. Это обстоятельство, однако, не дает основания обходить вниманием другие типы СВЧ антенн. Особенно теперь, с появлением проектов сотового телевидения и других эфирных сетей с интерактивными функциями. Каждая конструкция имеет свои плюсы и минусы, которыми и определяется сфера ее применения. Попробуем рассмотреть их особенности.



Плоская спутниковая антенна фирмы Technisat

Вложение 5800

Начнем, все-таки, с самых распространенных — параболических. Принцип их действия иллюстрируется рис.1. В соответствии с законами геометрической оптики плоская электромагнитная волна, распространяющаяся перпендикулярно раскрыву антенны, после отражения от параболоидной поверхности попадет в фокус параболоида.

В фокусе устанавливается конический рупорный облучатель, совмещенный с поляризатором.

По своим электрическим параметрам параболоидное зеркало во многом превосходит альтернативные типы антенн.

Одной из основных электрических характеристик любой антенны является коэффициент усиления G. Он прямо пропорционален коэффициенту направленного действия D:

G=Dхh, где h — к.п.д. антенны.

В свою очередь, коэффициент направленного действия антенны связан с ее эффективной площадью A через соотношение

D=4pА/l2, где l — длина волны

Эта несложная формула дает представление о влиянии площади антенны и длины принимаемой волны на обеспечиваемое антенной усиление.

Применительно к апертурным антеннам1:

А=Sxv, где S — площадь раскрыва антенны,
v — коэффициент использования поверхности.

Параболические зеркала имеют широкий угол раскрыва и принципиально достижимый высокий коэффициент использования поверхности (0.4-0.7). Это обеспечивает высокий коэффициент усиления при умеренных размерах антенны. Коэффициент использования поверхности параболоидных зеркал определяется многими факторами — затенением зеркала облучателем, неточностью профиля зеркала, несовпадением облучателя с фокусом, потерями на кроссполяризацию2, неравномерностью распределения поля в раскрыве зеркала и рядом других.


Параболическая антенна

Вложение 5801

Действие этих факторов зависит от исполнения, размеров и конкретной формы антенны.

Параболоидные зеркала различаются, в частности, по величине отношения фокусного расстояния к диаметру раскрыва f/D.

К длиннофокусным относятся антенны с отношением f/D>0.5, а к короткофокусным — с отношением f/D<0.3. Фокусное расстояние, в свою очередь, связано с глубиной зеркала — чем ближе фокус, тем оно глубже.

Офсетная антенна

Вложение 5802

Глубина зеркала заметно влияет на электрические параметры антенны. У мелких зеркал меньше уровень кроссполяризации. Кроме того, они облучаются более равномерно, чем глубокие, что позволяет получить более узкую диаграмму направленности и более высокий коэффициент усиления. С другой стороны, широкий раскрыв антенны приводит к увеличению боковых лепестков, а следовательно, и уровня шума.

Короткофокусные антенны находят широкое применение в радиорелейных линиях, где первостепенное значение приобретает вопрос отстройки от помех. Их также удобно использовать в передвижных системах приема.

Для приема телевизионных спутниковых трансляций больше подходят длиннофокусные зеркала. Однако они требуют более точного расчета и настройки облучателя, поэтому, в основном, они производятся для профессионального приема, а в бытовых системах чаще используются антенны с отношением f/D 0.3-0.5 дБ.

К достоинствам параболических антенн следует отнести их широкополосность. Нижний частотный предел определяется условием l<


Сферическая антенна

Вложение 5803

Еще одно несомненное достоинство параболических антенн — способность принимать сигналы любой поляризации. Разделение поляризаций, как правило, не сопряжено с потерями мощности. В спутниковых сетях это дает возможность использовать одну частоту дважды.

Недостатками этого типа антенн являются большое количество механических частей и подверженность действию атмосферных факторов.

Воздействие ветра может исказить форму зеркала и понизить коэффициент использования поверхности. Это налагает серьезные требования к жесткости конструкции зеркала и о*****-поворотного устройства. На качество приема могут оказать влияние, неравномерный обогрев антенны солнечными лучами, коррозия материала и ряд других факторов. Это особенно ощутимо для профессиональных антенн больших диаметров. Серьезной проблемой может стать накопление снега или воды на поверхности зеркала.


Замедляющая линза Ускоряющая линза

Вложение 5804

Проблема накопления воды может быть решена использованием офсетных зеркал, представляющих собой верхний сегмент параболоида. Принцип их действия иллюстрируется рис. 2. В северных широтах они располагаются практически перпендикулярно земле, и снег в них тоже почти не накапливается. Правда, усиливаются проблемы с его налипанием на поверхность облучателя.

Основным же преимуществом офсетных антенн является меньшее затенение поверхности зеркала конвертором и, как следствие, больший коэффициент использования поверхности (0.6-0.8). Выигрыш особенно ощутим для антенн с небольшим диаметром. Поле в раскрыве офсетной антенны имеет более сложную структуру, чем в раскрыве прямофокусной, что усложняет конструкцию облучателя. В большинстве случаев, электрические параметры офсетных антенн несколько хуже, чем у прямофокусных, в частности, намного выше уровень кроссполяризации. Однако длиннофокусные офсетные антенны при скрупулезном расчете облучателя могут иметь очень хорошие электрические параметры и использоваться в профессиональных системах.

Парусность конструкции может быть снижена за счет использования сетчатых или перфорированных антенн. Кроме того, перфорация зеркала с увеличением размеров отверстий к его краям позволяет уменьшить уровень боковых лепестков.

Прием с разных спутниковых позиций в общем случае требует переориентации параболической антенны. По теории зеркальных антенн сектор углов вокруг фокуса, в котором можно принимать сигнал без существенного снижения коэффициента усиления, составляет ±30. Именно на такой угол могут различаться спутниковые позиции, с которых можно вести прием на фиксированную антенну без потери уровня сигнала.

Сферическая спутниковая антенна фирмы "Конкур"

Вложение 5805

При большем разнесении позиций необходим поворот зеркала, что приводит к удорожанию подвески.

Задачу многоспутникового приема без механического поворота зеркала можно решить, используя сферические или сферопараболические3 зеркала. В таких конструкциях облучатель располагается на дуге радиусом r, центр которой совпадает с центром окружности R (рис. 3). Дуга называется фокальной линией. Если выбрать r » 0.56R, то волна, отраженная от зеркала, будет близка к плоской. Такие антенны находят применение в системах автоматического слежения за объектом. В них используются облучатели, передвигающиеся по фокальной линии, что дает возможность сканирования в широком секторе углов. Аналогичная конструкция может использоваться и для многопозиционного спутникового приема. Только вместо одного подвижного конвертора на фокальной плоскости устанавливаются несколько неподвижных, ориентированных на разные спутниковые позиции4.

Сферические зеркала уступают параболическим в точности фокусировки и по ряду других электрических параметров. Однако, в некоторых случаях, они могли бы явиться удобной заменой целому парку неподвижных параболических антенн.

Другой тип, получивший широкое распространение для приема СВЧ диапазона — плоские микрополосковые антенны. Они состоят из набора микрополосковых излучателей, нанесенных на диэлектрическую плату, которая, в свою очередь, располагается на металлическом экране. Экран выполняет роль рефлектора. Излучатели соединяются между собой, образуя антенную решетку. Электромагнитное поле, создаваемое такой трехслойной конструкцией, имеет сложную структуру и зависит от формы излучающих элементов, а также от толщины и материала диэлектрика. Микрополосковые излучатели синфазно соединены микрополосковыми фидерными линиями, которые собираются к месту расположения конвертора. Антенны могут различаться геометрией элементарных излучателей, их расположением на поверхности диэлектрика и способом их соединения. Существуют варианты многослойных антенн.

Расчет и конструирование микрополосковой антенны — многопараметрическая и во многом экспериментальная задача. В то же время, изготовление антенны при готовом фотошаблоне обходится гораздо дешевле параболической. То есть их выгодно производить массовыми тиражами.

Дешевизна и высокая технологичность изготовления далеко не единственные достоинства микрополосковых антенн.

Они более ветроустойчивы, чем параболоидные зеркала, и на них практически не налипает снег. Они компактны, легки, удобны при перевозке и установке.

Однако по своим электрическим параметрам они пока уступают параболическим.


Одним из серьезных недостатков микрополосковых антенн является их узкополосность. Так, например, для приема всего Ku-диапазона потребуется не одна, а три микрополосковых антенны. Их резонансная частота определяется размерами элементарных излучателей, которые выбираются дольными резонансной длине волны. И уже при незначительном отклонении частоты эффективность приема резко падает. Расширения рабочей полосы частот можно добиться, используя излучающие элементы, рассчитанные на разную резонансную частоту. Такой способ, однако, приводит к увеличению площади антенны, что нежелательно из-за значительных потерь сигнала в полосковых фидерных линиях. Так, на частотах 11-12 ГГц они составляют 2-6 дБ/м.

Рабочая полоса может быть расширена и за счет использовании более толстого диэлектрического слоя. Однако при этом усиливаются поверхностные токи, что увеличивает боковые лепестки диаграммы направленности.

Технология изготовления микрополосковых антенн не позволяет получить высокий коэффициент усиления. Каждый отдельный излучающий элемент имеет слабонаправленную диаграмму. Коэффициент направленного действия антенны определяется количеством синфазно соединенных излучателей, то есть площадью антенны. А увеличение площади влечет за собой увеличение потерь в фидерных линиях. Кроме того, для полосковых антенн характерен довольно высокий уровень боковых лепестков и кроссмодуляции.

Наименьший уровень боковых лепестков формируется в плоскости, проходящей через диагональ антенны. Поэтому антенну располагают так, чтобы ее вертикаль была перпендикулярна поверхности земли. Это обеспечивает минимальный уровень шума, в сильной степени обусловленный тепловыми шумами земной поверхности.

Более хорошие параметры направленности показывают полосково-щелевые антенны. В таких антеннах излучение микрополоскового элемента пропускается через щель в диэлектрической пластине. Экранированность линий передач улучшает электрические параметры антенны. Однако сама антенна конструктивно усложняется и становится более громоздкой.

Еще одной проблемой в микрополосковых антеннах является разделение поляризаций.

Тип поляризации, принимаемой антенной (линейная или круговая), определяется формой микрополосковых излучателей. В большинстве микрополосковых антенн не предусмотрен механизм изменения типа поляризации. Последнее время стали появляться антенны со встроенными конверторами, изменение положения которых меняет линейную поляризацию на круговую и наоборот. Однако такое усовершенствование может быть получено только за счет снижения коэффициента использования поверхности антенны. Разделение поляризаций в пределах одного типа обычно происходит с помощью диодов, которые тоже “съедают” 0,5-1 дБ.

Из всего сказанного можно сделать вывод, что микрополосковые антенны пока не могут заменить параболические там, где требуются высокие электрические показатели. Нельзя рекомендовать их и для построения максимально универсальной приемной системы.


С другой стороны, они оказываются удобной и дешевой альтернативой параболическим антеннам в случае приема определенного набора трансляций, передаваемых с достаточной мощностью и в узкой частотной полосе.

Для многопозиционного приема удобными могут оказаться фазированные антенные решетки (ФАР) на микрополосковых линиях, то есть антенны с электронным управлением диаграммой направленности.

При синфазном соединении излучающих элементов главный лепесток диаграммы расположен перпендикулярно плоскости антенны. Однако если в фидерных линиях установить фазовращатели и в каждом соседнем элементе изменить фазу принимаемого сигнала, то направление, по которому сигналы будут максимально усиливать друг друга, изменится. Фазовращатели выполняются на полупроводниковых диодах, варакторах или интегральных микросхемах. Использование ФАР для приема с разных позиций имеет хорошие перспективы. Оно не требует громоздкого поворотного устройства, и переход с одной позиции на другую происходит за доли секунды, то есть в сотни раз быстрее, чем при повороте параболической антенны5.

Полосковые и полосково-щелевые антенны широко используются в качестве абонентских в интерактивных системах MMDS и сетях сотового интерактивного телевидения. Это отчасти связано с тем, что принцип их действия позволяет создавать приемо-передающие антенны с сильно различающейся диаграммой направленности для приема и передачи.

В сетях сотового телевидения, которые начали проектироваться и разворачиваться в последнее время, вещание ведется на частотах Ка-диапазона (28-30 ГГц и 40-42 ГГц). Для приема таких коротких волн оправдано использование не только параболических и микрополосковых, но также рупорных и линзорупорных антенн.

Рупорная антенна

Вложение 5806

Рупорные антенны представляют собой конический или пирамидальный рупор, соединенный с круглым или прямоугольным волноводом. В частности, облучатель параболической антенны является маленькой ру*****й антенной.

Рупорные антенны обладают массой достоинств. В отличие от плоских они могут работать в широком диапазоне частот. Диапазонность ру*****й антенны ограничивается только питающим волноводом.

При равном коэффициенте усиления их диаграмма имеет меньший, чем у параболического зеркала, уровень боковых лепестков, и, как следствие, у них достижим более низкий уровень шума. В довершение всего они отличаются простотой изготовления.

Максимально достижимый коэффициент использования поверхности у рупорных антенн несколько ниже, чем у параболических, но главным их недостатком является конструкция. Поэтому до недавнего времени в качестве самостоятельных приемных антенн они почти не применялись. Однако в диапазоне миллиметровых волн довольно острую диаграмму направленности могут обеcпечить и рупоры небольших размеров. Одной из особенностей миллиметровых волн является способность многократно отражаться без сколько-нибудь заметной потери мощности. Низкий уровень боковых лепестков рупорных антенн помогает в борьбе против многолучевого приема.

При необходимости получить еще более острую диаграмму могут использоваться линзорупорные антенны. Линза, устанавливаемая на выходе рупора, трансформирует расходящийся пучок волн в параллельный.

Принцип действия линз иллюстрируется рис. 4. Как известно из физики, скорость распространения электромагнитной волны в разных средах отлична от скорости ее распространения в воздухе. В связи с этим различают ускоряющие и замедляющие линзы. Если среда линзы ускоряет распространение волн, то она выполняется с вогнутым профилем, а если замедляет — то с выпуклым. В любом случае профиль линзы рассчитывается так, чтобы оптическая длина пути от облучателя до поверхности раскрыва была одинакова.



Ускоряющие линзы набираются из металлических пластин. Принцип их действия аналогичен работе волновода, в котором, как известно, электромагнитные волны распространяются быстрее, чем в воздухе. Коэффициент преломления таких линз сильно зависит от длины волны — то есть они принципиально узкополосны. Замедляющие линзы выполняются из искусственного диэлектрика.

За счет применения линзы можно получить очень острую диаграмму направленности в сочетании с малым уровнем боковых лепестков.

Для многопозиционного спутникового приема в широком секторе могут применяться сферические линзовые антенны. Они изготавливаются из диэлектрика с диэлектрической проницаемостью, изменяющейся по определенному закону. Это обеспечивает фокусировку проходящих через линзу параллельных лучей. Свойства такой линзы симметричны, и она может использоваться для приема с любого числа спутниковых позиций в произвольном секторе углов. Несмотря на очевидные достоинства таких антенн, они практически не получили распространения из-за высокой стоимости, связанной с необходимостью точного изготовления, громоздкостью и относительной сложностью их конструкции.

В завершение отметим, что, несмотря на неизменность общей теории антенн, технология их изготовления постоянно совершенствуется. Прогресс в области телекоммуникаций обуславливает появление все новых требований к параметрам антенн. Так что и в будущем можно ждать интересных технических решений, по-новому открывающих возможности антенн того или иного типа.


Текущее время: 12:19. Часовой пояс GMT +3.

Powered by vBulletin® Version 3.8.5
Copyright ©2000 - 2014, Jelsoft Enterprises Ltd.Перевод:
zCarot