Лекция
Привет, Вы узнаете о том , что такое спутниковые антенны, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое спутниковые антенны , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Телевидение. Теория. Спутниковое.
спутниковые антенны – это устройства, позволяющие принимать цифровые телевизионные каналы, поступающего со спутника
Спутниковая антенна является довольно распространенным оборудованием. В серийном производстве можно встретить следующие виды данных систем:
Последние являются довольно редкими, но что касается прямофокусных и офсетных, то они очень популярны. Каждая из данных конструкций имеет свои преимущества и недостатки, о которых необходимо знать, чтобы выбрать для себя оптимальное решение.
геометрия прямофокусной и офсетной антенны
Такие антенны являются вторыми по популярности после офсетных. Их конструкция подразумевает фиксацию конвертера напротив центра тарелки. Его чувствительный облучатель располагается вниз, направленным на зеркало. Чтобы антенна могла эффективно принимать сигнал и транслировать его на телевизор без помех, важно чтобы при установке конструкция смотрела вверх максимально направлено на спутник.
Такой способ монтажа имеет свои недостатки. В первую очередь, при выпадении осадков влага будет скапливаться прямо в тарелке. Как следствие это активирует коррозийные процессы, и обеспечит ускоренный выход устройства из строя. Кроме этого, наличие в отражателе воды, а также обледенелого снега, снижает эффективность фокусировки сигнала. В результате каналы показывают намного хуже, чем при хорошей погоде.
Используя прямофокусную антенну, ее придется периодически прочищать зимой. Это делать не сложно, но если устройство находится в труднодоступном месте, то могут возникать трудности. Все же эта конструкция имеет и преимущества. В частности, конвертер располагается чувствительной головкой вниз, поэтому он быстро просыхает после попадания влаги. Это исключает его сильное промокание и ранний выход со строя.
Прямофокусная (осесимметричная) антенна является антенной с апертурой в виде параболоида вращения. Зеркало прямофокусной антенны — параболоид вращения, антенна круглая, ее геометрическая ось совпадает с электрической осью. На этой же оси и размещается конвертер, который, как правило, крепится к краям рефлектора с помощью трех или четырех стоек. Диаметр антенны определяет ее усиление и соответственно стабильность приема спутниковых сигналов. В зависимости от используемого геостационарного спутника, диаметры приемных антенн могут быть от 0,55 м до 3,7 м. Обычно такие антенны используются для приема сигналов в C-диапазоне и в Ku-диапазоне. Параболические антенны используются и для передачи сигналов на спутники. К облучателям спутниковых антенн присоединяют малошумящие усилители (МШУ) с низкими уровнями шумов и конверторы, что позволяет усиливать высокочастотные непосредственно после облучателей и конвертировать их в сигналы промежуточной частоты. Сигналы промежуточной частоты передаются уже по кабелям, соединенными с конвертерами для дальнейшего усиления и детектирования.
Данный тип является самым распространенным, поскольку имеет определенные конструктивные преимущества. Такая спутниковая антенна подразумевает расположение тарелки под минимальным углом к спутнику. В результате, со стороны может казаться, что отражатель смотрит вниз. Это сделано таким образом, чтобы фокусировать принятые на тарелку сигналы немного не по центру на закрепленном конвертере.
Такие системы способны ловить более мощный спутниковый сигнал, поскольку данная конструкция менее чувствительна, чем прямофокусная антенна. Положительным моментом такого устройства является то, что его тарелка не подвержена намоканию и блокировки снегом. Благодаря этому исключается дополнительный уход в зимнее время. Такое расположение конвертеров подразумевает, что они развернуты чувствительной частью к атмосферным осадкам. Производители пытаются компенсировать это и устанавливают специальные козырьки на конверторные головки, но те не могут полностью закрывать от осадков, поскольку в противном случае перекроют возможность восприятия сфокусированного сигнала.
Такая конструкция встречается реже, но является самой совершенной. Помимо классической тарелки, которая фокусирует сигнал на конвертор, применяется дополнительный элемент фокусировки. Он позволяет лучше воспринимать сигналы. Благодаря этому даже одна спутниковая антенна может одновременно работать с 16-ю конверторами. Каждый из них отвечает за прием сигнала с определенного спутника. При использовании такого устройства количество каналов на телевизоре возрастает многократно.
Все же стоит отметить, что хотя и существует много телеканалов, но подавляющее большинство из них имеет другой язык вещания. Фактически, достаточно наличия 3 конвертеров. Нет особого смысла ставить их больше, поскольку фактически придется оплачивать дорогостоящее оборудование, чтобы просматривать каналы на неизвестных языках.
Такая спутниковая антенна имеет много общего с офсетным типом. В частности у них применяется подобная технология расположения основного отражателя. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Единственным отличием тороидальных антенн является установка большего количества конверторов и монтаж дополнительной отражающей поверхности.
Наиболее полное представление о направленных свойствах антенны дает диаграмма направленности. Это график, показывающий зависимость усиления антенны от направления. Направление изменяется в трехмерном пространстве, поэтому на самом деле диаграмма направленности — трехмерное тело. Но у спутниковых антенн, за очень редкими исключениями, она симметрична относительно своей оси, то есть представляет собой тело вращения. Поэтому вполне достаточно плоского изображения — сечения диаграммы направленности в какой-либо плоскости (например, горизонтальной), прокоординат диаграмма направленности более наглядна, а в декартовой системе координат— более удобна. В спецификациях спутниковых антенн для индивидуального приема диаграммы направленности не приводятся, но указываются характеристики, прямо связанные с ее определенными точками.
Коэффициент усиления, или коэффициент направленного действия (КНД), показывает, во сколько раз мощность полезного сигнала на выходе антенны больше мощности того же сигнала при приеме на ненаправленную антенну. Для параболической антенны коэффициент усиления рассчитывается по формуле:
G = h * (nD / A)^2
Где: G — коэффициент усиления;
h — эффективность или коэффициент использования поверхности антенны (КИП), для большинства антенн равен примерно 0.55;
D — диаметр антенны;
A — длина волны;
n - ПИ.
Из формулы видно, что усиление антенны различно для разных длин волны. Поэтому усиление одной и той же антенны в С-и в Ки-диапазонах разное. Усиление спутниковых антенн огромно. Так, например, антенна диаметром 90 см на частотах диапазона Ки (длина волны около 2.5 см) имеет коэффициент усиления около 8000. Для сравнения: обычные телевизионные антенны, как правило, имеют коэффициент усиления от 2 до 20. Для удобства усиление спутниковых антенн указывается в спецификациях в логарифмических единицах — децибелах: G(AB)= 10 log G
Так, например, усиление той же антенны 90 см в децибелах будет равно 10log(8000) = 39 дБ. Логарифмические единицы удобнее для записи и расчетов, однако, часто вводят в заблуждение людей, не искушенных в математике. Дело в том, что умножение абсолютных величин эквивалентно сложению этих величин в децибелах. Например, число 2 соответствует 3 децибелам. Соответственно, усиление 8000 * 2= 16000 в децибелах будет равно 39дБ+3 дБ = 42 дБ. Поэтому иногда возникает вопрос: почему две антенны сильно отличаются по размеру, а их усиление выражается столь «близкими» числами. На самом деле разница всего в 3 дБ соответствует отличию в 2 раза, разница в 6 дБ — в 4 раза и т. д.
Коэффициент усиления — важнейший параметр антенны, однако, выбирая антенну по спецификации, не стоит даже обращать на него внимания. Дело в том, что никто из производителей антенн для индивидуального приема не измеряет реальные коэффициенты усиления. Коэффициент усиления, указанный в спецификации, рассчитывается по формуле, приведенной выше, по диаметру и длине волны. Другие факторы, в первую очередь — качество изготовления, при этом не учитываются, а коэффициент h каждый производитель выбирает «на глазок» (точнее, как совесть позволит) в пределах 0.5 — 0.65. В результате может оказаться, что по бумагам усиление хорошей антенны меньше, чем усиление не очень хорошей антенны такого же диаметра.
Ширина основного лепестка диаграммы направленности антенны на уровне половинного усиления, или на уровне (—3) дБ — это угол вокруг электрической оси антенны, в пределах которого усиление антенны не меньше, чем половина максимального. Другими словами, если повернуть антенну от направления на спутник на половину этого угла, сигнал уменьшится вдвое. Ширина основного лепестка прямо связана с диаметром, длиной волны и усилением. Для расчета можно пользоваться упрощенной формулой:
O = 70 * A / D
где: O — ширина основного лепестка диаграммы направленности антенны на уровне половинного усиления в градусах.
Из формулы видно, что основной лепесток диаграммы направленности спутниковой антенны очень узкий: например, у антенны 90 см в диапазоне Ки 0 05 = 1.9 градуса. Это означает, что антенна должна быть наведена на спутник с высокой точностью, ошибка менее одного углового градуса приведет к снижению сигнала вдвое. Из формулы также видно, что ширина основного лепестка прямо пропорционально длине волны. В диапазоне С ширина лепестка втрое больше, чем в диапазоне Ки, поэтому настраивать антенны на спутники диапазона С легче, требуется меньшая точность. С другой стороны, ширина основного лепестка обратно пропорциональна диаметру антенны. Неопытные настройщики считают, что большую антенну легче настроить, чем маленькую. На самом деле все наоборот: чем больше диаметр антенны и ее усиление, тем уже основной лепесток диаграммы направленности. Значит, большой антенной труднее найти спутник, а настраивать ее надо точнее, чем маленькую.
Шумовая температура антенны характеризует мощность шумов на ее выходе. Источником этих шумов является не сама антенна, а шумящие объекты на Земле и в космосе. Космическая составляющая шума зависит от диаметра антенны: чем больше диаметр и усиление, тем уже основной лепесток диаграммы направленности, соответственно, меньше посторонних космических шумов антенна усиливает вместе с полезным сигналом. Земная составляющая шумовой температуры антенны зависит от угла места — чем ниже «смотрит» антенна, тем больше она принимает индустриальных помех и шумов от источников на поверхности Земли. Поэтому шумовая температура — не определенная величина, а функция от угла места. Как правило, она указывается в спецификации для одного или нескольких значений угла места. Типичная шумовая температура антенны 90 см в диапазоне Ки для угла места 30 градусов-25-30° К.
Отношение фокусного расстояния к диаметру (F/D). Сама по себе эта характеристика никак не влияет на качество работы антенны, каждый производитель сам решает, каким должно быть это отношение. Однако именно по отношению F/D выбирается облучатель антенны. Чем меньше F/D, тем ближе располагается конвертер к рефлектору, и тем глубже сам рефлектор. Отношение F/D прямо связано с углом облучения — это угол, вершина которого располагается в фокусе антенны, а стороны проведены через две диаметрально расположенные точки на краях рефлектора. Облучатель антенны должен быть подобран таким образом, чтобы ширина основного лепестка диаграммы направленности облучателя соответствовала углу облучения. В противном случае поверхность антенны будет использоваться неэффективно. Если ширина основного лепестка диаграммы направленности облучателя меньше оптимальной, то эффективно будет использоваться лишь центральная часть рефлектора, сигналы, отраженные от краев рефлектора, будут ослабляться облучателем. Если ширина основного лепестка диаграммы направленности облучателя больше оптимальной, то облучатель, кроме полезного сигнала, отраженного от рефлектора, будет принимать шумы и помехи, приходящие из-за краев антенны. У серийных прямофокусных антенн для индивидуального приема отношение F/D может находиться в пределах 0.32-0.42, что соответствует углу облучения 150-120 градусов. Поэтому для таких антенн используются облучатели с широкой диаграммой направленности — в виде открытого конца волновода с плоским дроссельным фланцем. Иногда дроссельный фланец делается подвижным. Располагая его ближе или дальше от конца волновода, можно в некоторых пределах изменять ширину основного лепестка диаграммы направленности облучателя и таким образом настраивать его для работы с конкретной антенной. Иногда (как правило, у облучателей диапазона С) на внешней стенке волновода наносится шкала отношений F/D, по которой и устанавливается дроссельный фланец. У офсетных антенн отношение F/D составляет 0.5-0.7, а угол облучения 70-90 градусов. Поэтому для офсетных антенн используются облучатели с более узкой диаграммой направленности, в виде рупора.
Офсетный угол — это угол между нормалью к плоскости раскрыва рефлектора и осью диаграммы направленности, проще говоря, угол между геометрической и электрической осями антенны. У осесимметричных антенн он равен, естественно, нулю. У офсетных антенн, как правило, составляет 20-28 градусов. Величина офсетного угла не влияет на качество работы антенны, но этот угол очень полезно знать при настройке. Чтобы сориентировать офсетную антенну в вертикальной плоскости, надо установить рефлектор на угол, равный разности угла места спутника и офсетного угла. Офсетный угол не всегда указывается в спецификации, но для подавляющего большинства офсетных антенн он легко находится по формуле:
ф = arccos (В/А),
где ф — офсетный угол;
В и А — размеры рабочей части рефлектора по меньшей и большей осям соответственно.
Например, для антенны с размерами рефлектора 900x1000 мм офсетный угол равен ф = arrcos 0,9 = 25.8°
Из механических характеристик антенны следует обратить внимание на диапазон углов азимута и угла места.
Диапазон азимутов для фиксированных антенн обычно указывается 0-360°. Это означает, что антенну можно повернуть на трубе-опоре в любом направлении, однако на самом деле это возможно далеко не всегда. Например, в спецификациях популярных отечественных антенн марки «СУПРАЛ» (ОАО «АлМет», г. Ульяновск) диаметром 0,6-1,2 метра в спецификации также указан диапазон азимутов 0-360°, на самом деле эти антенны в большинстве случаев монтируются на настенный кронштейн, и угол поворота ограничен конструкцией кронштейна как и офсетный угол. Для антенн с полярной подвеской также указывается диапазон азимутов, в общем случае не соответствующий действительности. Дело в том, что производители указывают угол, на который может поворачиваться антенна на подвеске без актюатора. Угол поворота антенны в реальной системе несколько меньше из-за особенностей работы актюатора. Однако видимая часть геостационарной орбиты всегда вмещается в сектор азимутов меньше 180°, а спутники, интересующие пользователя, располагаются в еще меньшем секторе. Поэтому, как правило, угла поворота полярной подвески как и офсетный уголдостаточно или почти достаточно для приема всех нужных спутников.
Диапазон углов места. Наша страна расположена довольно далеко от экватора, поэтому даже в самой южной точке СНГ самый высокий спутник имеет угол местане более 50 градусов. Значит, на максимальный угол места антенны можно не обращать внимания, он заведомо достаточен для приема любых спутников. А вот что действительно важно — это минимальный угол места. У осесимметричных антенн он почти всегда равен нулю, а вот у офсетных может быть ограничен значением 8-10, а то и 12 градусов. Поэтому, если необходимо принимать спутники, находящиеся достаточно низко, лучше выбрать антенну, конструкция которой позволяет опускать ее на малые углы.
Рабочий и неразрушающий ветер. Рабочий ветер — это ветер, при котором антенна продолжает работать, сохраняя свои электрические характеристики. Неразрушающий ветер — это ветер, при котором работа антенны с сохранением ее характеристик невозможна, но после окончания воздействия ветра антенна остается исправной и продолжает работать, как прежде. Если на антенну воздействует ветер с большей скоростью, антенна требует ремонта или замены. Если Вы живете в регионе с ветреным климатом, стоит выбрать антенну, для которой скорости рабочего и неразрушающего ветра максимальны.
Информация, изложенная в данной статье про спутниковые антенны , подчеркивают роль современных технологий в обеспечении масштабируемости и доступности. Надеюсь, что теперь ты понял что такое спутниковые антенны и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Телевидение. Теория. Спутниковое
Комментарии
Оставить комментарий
Телевидение. Теория. Спутниковое
Термины: Телевидение. Теория. Спутниковое