70Научно-технические разработки

предыдущая статья | оглавление | в архив | следующая статья



Поиграем с антенной


В.Лощинин Теле-Спутник - 1(27) Январь 1998 г.


Представьте, что вы собрали и установили на полигоне офсетную антенну с азимутально-угломестной подвеской и настроились на какой-либо канал, скажем, на "Eurosport" со спутника "Eutelsat" 13E. Что будет с приемом этого канала, если, не меняя положения зеркала, жестко закрепленного на стойке, немного поднять вверх консоль с конвертором? Изображение исчезнет!Как снова его восстановить?

Можно ослабить креплеие зеркала на стойке и немного поднять зеркало вместе с консолью и конвертором вверх. Изображение снова появится. То же произойдет, если принудительно сдвинуть консоль с конвертором вниз, или влево, или вправо: изображение исчезнет и, чтобы его восстановить, надо переместить зеркало вместе с консолью в том же направлении, куда перемещали только консоль, но на вдвое меньший угол. Зеркало успевает догнать ушедший в сторону конвертор, помогает этому закон отражения: "угол падения равен углу отражения". Так, если вы провели линейное малое перемещение dl консоли с конвертором в направлении "вверх-вниз" или "влево-вправо", то для восстановления изображения надо переместить зеркало в том же направлении на малый угол (см. формулу 1).

Рис. 1 поясняет понятия "вверх-вниз", "влево-вправо" и "на зеркало — от зеркала": эти понятия определены относительно оси первичного параболоида; перемещения типа "вверх-вниз" и "влево-вправо" производятся в плоскости, перпендикулярной оси первичного параболоида, и на расстоянии F от его вершины, а перемещения типа "на зеркало — от зеркала" производятся вдоль оси первичного параболоида. Малые перемещения консоли с конвертором перпендикулярно оси параболоида полностью компенсируются малыми перемещениями зеркала в пространстве относительно направления на воспринимаемый спутник. Однако перемещения конвертора типа "на зеркало — от зеркала" могут быть компенсированы только изменением фокусного расстояния, т.е. кривизны параболоида, что практически невозможно. Эти перемещения поэтому очень ответственны, и пренебрежение установкой рупора в фокус по этому направлению может драматично ухудшить усиление в системе "зеркало-рупор".

Какие перемещения конвертора dl логично считать малыми? Первый критерий малости — это длина l воспринимаемой радиоволны: перемещение физически не ощутимо, если dl « l. Поскольку в рабочем диапазоне частот от 4 до 11 ГГц длина радиоволны составляет от 75 до 27 мм, то первый критерий dl « 27 мм, это выполняется, например, если dl Ј 1 см.

Второй критерий малости — это фокусное расстояние F. Перемещения конвертора в направлении, перпендикулярном оси параболоида, полностью компенсируются перемещением зеркала относительно направления на воспринимаемый спутник, если dl « F, например, если dl = 0,1 F или dl/F » 0,1 (радиан) » 6°.

Для офсетных антенн с условным диаметром D = 0,9-1,4 м обычно F = 0,5-0,7 м, и тогда допустимый офсет конвертора составит соответственно 5-7 см. Именно на этом свойстве системы "зеркало — конвертор" основаны конструкции блока головок подавляющего большинства антенн на территории Украины: два отдельных конвертора установлены рядом друг с другом, при этом на низкочастотном конверторе для С-диапазона еще дополнительно устанавливают облучатель с боковым вырезом для расположенного рядом высокочастотного конвертора Ku-диапазона. Ku-конвертор устанавливают в положении точного фокуса, а С-конвертор — вне фокуса, но рядом на минимальном расстоянии. Такой блок конверторов дает заметно лучший сигнал, чем более сложный и существенно более дорогой блок из коаксиально расположенных волноводов и двух фланцевых конверторов.

Продолжим игру с зеркалом. Снимем конвертор с консоли, присядем около зеркала, чтобы не затенять собой радиоволну, настроим тюнер на прием телепрограммы с соседнего спутника, например "TGRT" со спутника "Eutelsat" 10Е и будем перемещать конвертор вправо и немного вверх. Нашли! Можем пойти еще дальше, еще вправо и еще немного вверх и найдем "PIK-1" со спутника "Eutelsat" 7E. И аналогично, перемещая конвертор влево и немного вниз, найдем "ESC" со спутника "Eutelsat" 16E. Фокальная область, где собирается отраженная радиоволна, называется "каустика", а расчетная точка фокуса — "фазовый центр"; в фазовом центре каустика имеет диаметр порядка длины волны l или площадь поперечного сечения (кроссовера) порядка l2. Боковые каустики от фокусировки радиоволн, пришедших от расположенных рядом спутников, имеют уже большее поперечное сечение, но меньшую плотность энергии.

Качественная картинка кроссоверов для антенны, настроенной на спутник с Гринвичской долготой 13Е, изображена на рис. 2, вид со стороны юго-запада. Кроссоверы изображены кружками, а зона их расположения заштрихована. Видно, что параболическое зеркало при малых углах падения радиоволны ведет себя как обычное плоское зеркало. Описанная физическая картина хорошо известна настройщикам антенн и часто эксплуатируется: снятым с консоли (держателя) конвертором настройщику бывает легче найти фактический фокус и определить порядок его совмещения с расчетным, если антенна большая и ее поворот трудоемок или затруднителен. Другой пример: если привод антенны (актюатор) расположен справа от зеркала (вид с севера), то низкочастотный конвертор С-диапазона для приема популярных программ "ТВ-3", "АСТ 2 х 2" со спутника "Экспресс" 80E, самого восточного спутника в меню наших европейских пользователей, надо расположить тоже с той же правой стороны от высокочастотного Ku-конвертора. В этом случае С-конвертор примет сигнал с "Экспресс" 80E раньше, чем зеркало займет расчетный угол, будут сэкономлены ход штока актюатора (бывает, что его не хватает) и плечо актюатора, последнее очень важно для обеспечения ветровой устойчивости антенны в крайнем (от места закрепления актюатора) положении.

Если зеркало, с которым мы играем на полигоне, осесимметричное с полярной подвеской и достаточно большого диаметра (1,5-1,8 м), то можно познакомиться с действием боковых лепестков диаграммы направленности. Направим зеркало на "Горизонт" 40Е и настроимся на "РТР", низкочастотную программу с большим уровнем сигнала. Сдвинем зеркало на запад или восток, программа "РТР" сначала исчезнет, а затем снова появится на экране телевизора. Мы принимаем боковые лепестки диаграммы направленности зеркала. Угол на первый дифракционный максимум Q1 » l/D или в линейном измерении l1 » Fl/D, на второй соответственно Q2 » 2l/D и l2 » 2Fl/D. Интенсивность дифракционного максимума быстро убывает с возрастанием его номера. Если антенна имеет диаметр D = 1,8 м и фокус F = 0,7 м, то первый дифракционный максимум для частоты 3,675 ГГц программы "РТР" отстоит от фокуса влево-вправо на расстоянии l1 » 3,3 см, второй — на расстоянии l2 » 6,6 см. При приеме "РТР" в Полтаве на антенну 1,8 м обычно наблюдается второй дифракционный максимум, т.к. первый сливается на уровне порога чувствительности с главным лепестком диаграммы направленности, а при приеме программы "ОРТ-1" со спутника "Горизонт" 53Е — первый, причем в режиме увеличенной чувствительности тюнера.

Наконец, проверим эффекты ориентации оси рупора на зеркало. Оставляя рупор в фокусе зеркала, будем направлять ось рупора на разные участки зеркала. Изображение ухудшится, когда ось рупора отклонится от естественного симметричного расположения на заведомо большой угол > 10°; параметр ориентации рупора на зеркало, таким образом, практически "работает" слабо, между тем в период освоения массового производства спутниковых антенн некоторые изготовители уделяли этому параметру чрезмерное внимание: маркировали на зеркалах прицельную точку, снабжали антенны прицельными устройствами.



 
Теле-Спутник Январь 1998
наверх
 



Уважаемые посетители!
В связи с полной реконструкцией Архива, возможны ситуации, когда текст будет выводиться не полностью или неправильно (отсутсвие статей в некоторых номерах это не ошибка). Если заметите какие-то ошибки, то, пожалуйста, сообщите нам о них. Для связи можете воспользоваться специальной формой:

Номер журнала: *
Страница: *
Дополнительные сведения: *
Желательно четко опишите замеченную проблему - это поможет быстрее ее решить.
Мы не отвечаем на вопросы! Их следует задавать на нашем форуме!
Антиспам: * Нажмите мышкой на синий квадрат:


Поля, помеченные звездочкой (*)
обязательны для заполнения





Новый сайт