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, спутниковая антенна , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Телевидение. Теория. Спутниковое.
спутниковая антенна , также антенна спутниковой связи, — это антенна, используемая для приема и (или) передачи радиосигналов между земными станциями спутниковой связи и искусственными спутниками Земли, в более узком значении — антенна, используемая при организации связи между земными станциями с ретрансляцией через спутники. В спутниковой связи используются различные типы антенн, самый известный — зеркальные параболические антенны («спутниковые тарелки», англ. Satellite Dish), массово применяемые в различных областях, от спутникового ТВ и сетей VSAT до центров космической связи. Активно развивается применение для спутниковой связи фазированных антенных решеток, позволяющих осуществлять скоростное наведение антенны на спутник исключительно электронными методами. Распространены слабонаправленные спутниковые антенны , не требующие никакого наведения, как внешние, так и встраиваемые в приемники сигналов спутниковой навигации, спутниковые телефоны и другое оборудование. В зависимости от назначения системы спутниковой связи могут применяться и другие типы антенн.
Практически все антенны, которые используются в индивидуальных установках — это параболические зеркальные антенны, выполненные по однозеркальной схеме. Зеркальная антенна — это система из одного или нескольких металлических зеркал. При прочих одинаковых характеристиках зеркальные антенны оказались самыми дешевыми и технологичными. Поверхность зеркала представляет собой вырезку из параболоида вращения — тела, образованного вращением кривой y=x2/4F (параболы) вокруг оси OY. Такое зеркало концентрирует в точке (0; F) энергию радиоволн, если они приходят с направления, совпадающего с направлением оси OY.
Фиксированная антенна наводится на один спутник и жестко фиксируется, в процессе эксплуатации она остается неподвижной. В общем случае на такую антенну принимаются сигналы единственного спутника, хотя, при соблюдении некоторых условий можно принимать сигналы еще одного-двух соседних спутников. Подвижная антенна (полярная подвеска) оборудуется двигателем, и ее можно поворачивать, наводя на разные спутники. 
С одной стороны, такая антенна обладает большими возможностями. С другой стороны, в приемной установке с подвижной антенной, кроме механического узла — полярной подвески, — требуется еще специальный двигатель (актюатор) и устройство, которое обеспечивает автоматическое наведение антенны (позиционер). Система получается более дорогой, более сложной в настройке и, к сожалению, менее надежной из-за наличия электромеханических узлов.
Антенны большего диаметра, как правило, выпускаются в двух версиях — с фиксированной или полярной подвеской. Это, например, отечественные антенны марки «Супрал» диаметром 1.65м 1.8 м, 2.0 м и 2.4 м. Если Вы приобрели такую антенну в фиксированной версии, то переделка ее в полярную может оказаться проблемой, потребуется не добавить, а заменить часть деталей подвески. С другой стороны, антенну в полярной версии всегда можно использовать в качестве фиксированной. Вместо актюатора (электропривода с телескопическим штоком-толкателем) устанавливается самодельная штанга — отрезок трубы или уголка с двумя отверстиями на концах. После этого антенна настраивается на один спутник, как фиксированная. Когда у владельца появятся деньги и желание, вместо штанги он может поставить актюатор, подключить его через позиционер к ресиверу и настроить антенну, как полярную, для приема множества спутников.
Зеркальные параболические антенны бывают прямофокусные (Prime Focus) и офсетные (Offset). Прямофокусные антенны называют также осесимметричными. 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. Офсетная антенна представляет собой вырезку из параболоида. Как правило, вырезка образуется пересечением параболоида и цилиндра, оси которых параллельны. Таким образом, зеркало офсетной антенны имеет форму эллипса, а направление электрической оси антенны отличается от направления геометрической оси зеркала на некоторый угол. Как правило, электрическая ось на 20...30 градусов выше геометрической оси.
И те, и другие антенны имеют свои достоинства и недостатки. У прямофокусной антенны более эффективно используется площадь зеркала. Офсетная антенна имеет такую же эффективную площадь, как прямофокусная антенна с диаметром, равным размеру офсетной антенны по меньшей оси. Другими словами, чтобы получить эффективную площадь офсетной антенны, надо умножить ее физическую площадь на косинус угла между электрической и геометрической осями. У типичных антенн физическая площадь используется на 86-90%. С другой стороны, у прямофокусной антенны часть поверхности заслоняется конвертером и элементами его крепления, а у офсетной антенны — нет. Поэтому антенны малого диаметра, до 1,5 метра, у которых конвертер может заслонить часть площади больше 10%, делают, как правило, офсетными, а антенны больших размеров чаще бывают прямофокусными.
Прямофокусная антенна всегда поднята на некоторый положительный угол, поэтому представляет собой «чашу», в которой могут скапливаться осадки — дождь, снег, лед. Офсетные антенны в наших северных широтах устанавливаются почти вертикально, а то и вообще «смотрят вниз» — поэтому они лишены такого недостатка. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . С другой стороны, на прямофокусной антенне вниз «сморит» конвертер, поэтому можно смело использовать облучатель с негерметичной крышкой или вовсе без крышки, вода и снег не попадут внутрь. На офсетной антенне конвертер «смотрит» вверх, поэтому он должен быть герметичным, иначе вода попадет внутрь и может испортить электронику конвертера. Кроме воды и ветра, конвертор, и другие составные части спутниковой системы, могут испортить частые перебои электричества. Этот вопрос легко решаем, достаточно купить газогенератор для бесперебойного питания приемного оборудования.
Есть еще одна особенность использования офсетных антенн большого диаметра в северных широтах — их не всегда можно опустить на достаточно малый угол места. Например, если угол места спутника равен 5 градусам, зеркало антенны надо направить на 15-25 градусов ниже горизонта. Офсетные антенны больших диаметров, которые устанавливаются на вертикальной стойке, например, «Супрал» 1.8 м или 2. 4 м, нельзя опустить на угол менее 11-12 градусов, нижний край антенны упирается в стойку. Можно выйти из положения, перевернув зеркало антенны вместе с креплением облучателя на 180 градусов, тогда электрическая ось окажется на 25-27 градусов ниже геометрической, и антенну надо будет направлять выше спутника. Однако для этого требуется серьезная доработка деталей крепления.
Зеркало небольших антенн, как правило, цельное. Большие антенны бывают как цельными, так и сборными, состоящими из нескольких сегментов или секторов («лепестков»). Сборные антенны легче перевозить и монтировать. Принято считать, что цельные антенны работают лучше сборных. Это не совсем верно, на самом деле все зависит от качества антенны. Например, популярная в России сборная антенна фирмы Patriot (США) диаметром 3.1 м, рабочая поверхность которой состоит из 8-ми секторов, замечательно работает как в С, так и в Ки диапазоне. А другие распространенные антенны, марки JONSA (Тайвань) диаметром 2.4 м, собираются из 6-ти сегментов и работают только в диапазоне С, в диапазоне Ки усиление у них примерно такое же, как у цельной антенны той же фирмы диаметром 1.8 м.
Качество работы таких сборных антенн, как правило, зависит от качества сборки. Можно существенно повысить усиление антенны, особенно в Ки диапазоне, если перед сборкой удалить заусенцы на краях лепестков, а во время сборки следить за тем, чтобы на стыках лепестков не образовывались «ступеньки». Затягивать болтовые соединения лучше всего, когда антенна лежит «лицом вниз» на ровной поверхности или «смотрит» вертикально вверх, в зенит. В таких положениях механические напряжения, создаваемые весом антенны, распределяются равномерно между всеми соединениями. Если собирать антенну в вертикальном или наклонном положении, намного больше вероятность, что она окажется «кривой», перекошенной.
В качестве достоинства сетчатых антенн часто упоминают меньшую парусность. Действительно, ветер, воздействуя на сетчатую антенну, создает меньшую нагрузку на опорную конструкцию, чем при воздействии на сплошную антенну того же размера. Однако антенна, как правило, крепится к стене или крыше — это довольно прочные конструкции, способные выдержать и не такие нагрузки. А вот прочность самой антенны у сетчатых антенн намного ниже. Сильные порывы ветра способны порвать сетку или даже полностью вырвать ее из одного или нескольких сегментов. Такие «щербатые» сетчатые антенны довольно часто встречаются на улицах наших городов.
Наиболее распространенные материалы для рефлекторов спутниковых антенн — алюминий (точнее, алюминиевые сплавы) и сталь. Электрические свойства материала практически не влияют на характеристики антенны, поэтому новые стальные и алюминиевые антенны работают одинаково. Антенны из алюминия легче, долговечнее и, как правило, механически прочнее, но они и стоят дороже. У алюминиевых антенн лакокрасочное покрытие выполняет функции, так сказать, декоративные, и при повреждении портится только внешний вид. Если краска отслаивается от стальной антенны, начинается коррозия, из-за которой может пострадать не только вид, но и электрические характеристики антенны.
О пластиковых антеннах можно сказать так же, как герой одного советского фильма сказал о коньяке: «Из дешевых лучше армянский, а грузинский марочный лучше французского». Дешевые пластиковые антенны недолговечны: из-за перепадов температур и просто из-за старения они меняют форму, коробятся, поэтому хорошо работают, как правило, один сезон, особенно в условиях резко-континентального климата. Дорогие пластиковые антенны по всем характеристикам превосходят металлические: они не боятся коррозии, выдерживают значительные механические нагрузки и даже удары без остаточной деформации, не боятся перепадов температур и неравномерного прогрева. Поэтому спутниковые антенны диаметром до 2.5 м, к которым предъявляются особые требования по качеству и надежности, как правило, пластиковые. Это антенны передвижных спутниковых телевизионных журналистских комплексов (SNG — Satellite News Gathering), антенны для спутниковой связи и двунаправленного доступа в Интернет через спутники. В нашей стране наиболее распространены пластиковые антенны американского производства — фирм Andrew, Prodelin и Channel Master.
Двухзеркальные антенны — это тоже зеркальные антенны, но они состоят из двух зеркал: основного рефлектора и контррефлектора. Двухзеркальная схема антенныобеспечивает меньший уровень боковых лепестков диаграммы направленности антенны, поэтому она часто используется в передающих антеннах. В передающей системе самый дорогой параметр — мощность сверхвысокочастотного передатчика, и нельзя допускать, чтобы она излучалась в ненужных направлениях. Кроме того, у двухзеркальной антенны облучатель находится со стороны основного рефлектора, что позволяет использовать более короткую линию передачи, а значит, уменьшить потери в ней. В приемных системах двухзеркальные антенны используются редко, потому что они более сложны и дороги, а эффективность их ненамного выше.
Среди основных плюсов антенны – нельзя не заметить огромную площадь покрытия, с возможностью принятия более 10 спутников одновременно. Легкость в установке. А так же надежность конструкции так же дают ей привилегии, среди конкурентов. Что же касается минусов, с которыми столкнулись пользователи – это достаточно высокая цена, а так же большое количество крепления.
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).
Рис. 3 Сферическая антенна
Рис. 3 Сферическая антенна
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.
Сферическая спутниковая антенна фирмы "Конкур"
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.
Рупорная антенна представляют собой рупор (раструб), к которому прикреплен волновод. Основной недостаток рупорных антенн — большие размеры. Чтобы рупор работал, он должен сходиться под небольшим углом. Поэтому длина рупора получается намного больше линейных размеров его сечения. Если бы мы захотели построить рупорную антенну, эквивалентную антенне с диаметром 1 м, она бы получилась 2-3 м длиной, что, конечно же, очень неудобно. Рупорные антенныиспользуются в аппаратуре радиорелейных линий. Для приема со спутников рупорные антенны «в чистом виде» не применяются. Они используются в качестве облучателей для других типов антенн, в частности, зеркальных.
Линзовая антенна представляет собой линзу или систему линз из диэлектрика. Каждый из нас в детстве выжигал на дереве с помощью увеличительного стекла. Линза из диэлектрика так же собирает в одной точке всю энергию радиоволн, приходящих на ее поверхность с определенного направления. Линзовые антеннысложны в изготовлении и дороги, поэтому они в спутниковом телевидении не применяются. Исключение составляет весьма интересный частный случай — сферическая линзовая антенна. При определенных параметрах диэлектрика можно использовать линзу сферической формы. Такая антенна изотропна — она имеет одинаковое усиление при приеме с любого направления, но для каждого направления у линзовый антенны своя точка фокуса. Один сплошной шар из диэлектрика можно использовать как антенну для приема множества спутников, на каждый спутник нужно просто поставить свой отдельный конвертер (головку). Линзовые антенны очень дороги и громоздки, и встретить их можно редко. Тем не менее, они используются, и даже производятся в нашей стране.
В том, что вы видите на фотографии, трудно угадать спутниковую антенну. Но вы убедитесь в том, что это антенна, когда включите автомобильный телевизор. Нет, она не разложится, как крышка лунохода и не начнет вращаться вокруг своей оси - она итак находится в рабочем состоянии, а вся конструкция скрыта внутри чрезвычайно низкого корпуса.
Принцип действия антенн TracVision A7 - плоская фазированная антенная решетка с электромеханическим приводом. Проще говоря, если в обычной спутниковой тарелке есть только один приемник, то в TracVision A7 на одной плоской поверхности установлены две сотни маленьких приемников на одной поверхности. За подобной конструкции достигается эффект усиления, сопоставимый с оффсетной параболической антенной диаметром 60 см.
Электрический привод способен вращать решетку на 180 градусов вокруг своей оси, а так же изменять ее угол наклона к горизонту настолько быстро, что антенна реагирует даже на резкие маневры водителя.
Физические характеристики:
Высота/диаметр антенны: 19.5х77.5 см
Вес антенны: 13.6 кг
Размеры приемника: 29.7х29х7.6 см
Вес приемника: 2 кг
Потребляемая мощность: 30 Вт
Напряжение питания: 12 В пост. тока (автомобильный аккумулятор) (9 – 16 В)
Характеристики окружающей среды
Диапазон рабочих температур: От –25оС до +55оС
Диапазон температур хранения: От –29оС до +60оС
Скорость поворота/слежения: 30 градусов в секунду
Сила ветра (ЕМЕ): 100 миль в час
Стабилизация: 2-осевая активная гироскопическая стабилизация
Скорость поворота антенной решетки составляет 30 градусов в секунду, можете сами рассчитать, как резко надо входить в поворот, чтобы она сбилась.
Вся конструкция собрана в один блок весом 23 Кг, что сопоставимо с пустым аэродинамическим багажником Thule. Вся электроника и механика находятся под надежной защитой крепкого пластикового кошуха. Ни колебания температур, ни дождь, ни град не страшны этой антенне. Установщики уверяют, что пластиковый кожух даже выдержал удар о балку гаража, когда новоиспеченный владелец TracVision по привычке решил въехать на подземную парковку, забыв о тарелке.
Зональная антенна или антенна Френеля, представляет собой поверхность, на которой отражающими радио-волны делаются только некоторые выделенные зоны. Форма и размеры этих зон выбираются так, чтобы отраженные волны складывались в одной точке. Наиболее известна зональная антенна Френеля. Она состоит из набора плоских концентрических колец, расположенных в одной плоскости. Антенна Френеля проста в изготовлении и недорога, но ее эффективность почти вдвое ниже, чем у зеркальной или линзовой антенны, поскольку используется не вся площадь, а только ее отражающая часть. В журнале «Теле-Спутник» №6-98 описана методика расчета и изготовления антенны Френеля.
Комментарии
Оставить комментарий
Телевидение. Теория. Спутниковое
Термины: Телевидение. Теория. Спутниковое