88Представляем приборы

предыдущая статья | оглавление | в архив | следующая статья



Испытания совмещенных C/Ku-облучателей спутниковых антенн


Г. Алешин Теле-Спутник - 2(136) Февраль 2007 г.


Спутниковые трансляции центральных и многих региональных российских телевизионных программ осуществляются, в основном, в C-диапазоне (3,4-4,2 ГГц). Для передачи используются электромагнитные волны с круговой поляризацией (правой и левой). Расширение вещания в Ku-диапазоне (10,7-12,75 ГГц, линейная поляризация) транспондерами спутников российской космической группировки («Экспресс АМ22», 80° в.д., «Экспресс АМ1», 40° в.д., «Ямал 201», 90° в.д. и других) дает возможность увеличить число программ, принимаемых индивидуальными приемными установками.
Для тех пользователей, которые уже используют антенные системы, рассчитанные на прием сигнала в С-диапазоне, перспективной представляется модернизация волноводного тракта, обеспечивающая возможность одновременного приема сигналов в C- и Ku-диапазонах. Одним из возможных путей решения этой задачи, предлагаемым компанией “Юниторг” (г. Москва), является использование совмещенного C-/ Кu-облучателя, оснащенного металлодиэлектрическим преобразователем поляризации. Для тестирования были выбраны два устройства, разработанные компанией “Юниторг”:

  • совмещенный облучатель C-/ Ku-диапазонов для осесимметричного зеркала;
  • насадка универсальная Ku-диапазона к LNB моноблоку C-диапазона.
Изделия позволяют осуществлять прием сигнала в C-диапазоне (круговая поляризация) и Ku-диапазоне (линейная поляризация). Особенностями представленных для тестирование изделий являются: широкополосность, хорошая развязка по поляризации, возможность использования совместно с прямофокусными и офсетными отражателями.

Конструкции облучателей

Основой конструкции совмещенного C-/ Кu-облучателя является круглый волновод С-диапазона. Облучатель снабжен прямоугольным фланцем (конструктив CPR 229, сечение волновода 46х29 мм). Крепление фланца – регулируемое, что позволяет установить его относительно волновода облучателя в одно из двух возможных положений. Возможность регулировки положения фланца относительно облучателя позволяет настроить изделие на прием сигнала с заданной поляризацией (правой или левой). Изготовитель по умолчанию поставляет облучатель для приема сигнала с левой круговой поляризацией. Для приема сигналов с правой поляризацией необходимо развернуть фланец на 90 градусов относительно его первоначального положения, предварительно отвернув фиксирующие винты, а затем завернув их в новом положении фланца.
Сбоку к волноводу С-диапазона, на расстоянии 53 мм от прямоугольного фланца присоединен круглый волновод Кu-диапазона, заканчивающийся фланцем С-120. Угол между направлениями осей волновода Кu-диапазона и короткой стороной прямоугольного окна во фланце C-диапазона составляет 45 градусов.
Внутри круглого волновода С-диапазона, между раскрывом облучателя и прямоугольным фланцем, расположена металлодиэлектрическая пластина деполяризатора, имеющая форму эллипса. Пластина деполяризатора приклеена к стенке круглого волновода. Между раскрывом облучателя и пластиной деполяризатора имеется регулярный участок волновода С-диапазона. Угол между направлением оси C-волновода и плоскостью пластины составляет примерно 21,5 градуса. Пластина деполяризатора изготовлена из тонкого диэлектрика, на который печатным способом нанесена густая сетка полосковых элементов, являющихся резонансными диполями, настроенными на частоту Кu-диапазона. Для достижения стабильности параметров деполяризатора поверхность металлодиэлектрической пластины покрыта защитным лаком. Деполяризатор содержит решетку из 25 рядов диполей, общее число диполей равно 87. На участке C-волновода между деполяризатором и прямоугольным окном фланца расположена металлодиэлектрическая согласующая пластина перехода. Диполи ориентированы перпендикулярно оси круглого волновода С-диапазона и под углом 45 градусов по отношению к вектору электрического поля волны С-диапазона в месте расположения пластины перехода. В С-диапазоне количество и расположение диполей обеспечивает внесение дифференциального фазового сдвига в 90 градусов в составляющую волны, параллельную диполям. Составляющая волны, перпендикулярная диполям, не претерпевает замедления. Таким образом, после деполяризатора формируется волна с линейной поляризацией, вектор электрического поля которой ориентирован вдоль короткой стороны прямоугольного окна выходного волновода С-диапазона.
В Ku-диапазоне пластина деполяризатора играет роль селективного экрана. Хорошая отражательная способность этого экрана обусловлена достаточно плотным расположением резонансных полосковых диполей. Волна Ku-диапазона распространяется по плавному переходу, образованному пластиной деполяризатора и стенкой круглого волновода C-диапазона. Вектор электрического поля волны Кu-диапазона параллелен диполям. Таким образом, в выходном Ku-волноводе присутствует только одна из двух линейных поляризаций подающей волны. Для приема сигналов с другой линейной поляризацией необходимо повернуть корпус совмещенного волновода, вращая его в рефлекторе, на 90 градусов. На принимаемый в C-диапазоне сигнал с круговой поляризацией это действие влияния не оказывает.
Универсальная насадка Ku-диапазона к LNB моноблоку C-диапазона представляет собой волноводный узел, который обеспечивает прием линейной поляризации в диапазоне 10,7-12,75 ГГц и круговой поляризации в диапазоне 3,4-4,2 ГГц. Устройство и принцип работы диапазонного селектора и деполяризатора (металлодиэлектрическая пластина) аналогичны тем, которые применены в рассмотренном выше изделии. Перед монтажом составного устройства (универсальная насадка + моноблок C-диапазона) удаляется штатная пластина-деполяризатор моноблока. Моноблок ориентируется относительно насадки так, чтобы диполи металлодиэлектрического деполяризатора универсальной насадки были параллельны направлению, вдоль которого располагалась штатная пластина-деполяризатор моноблока. Насадка устанавливается на торец волновода моноблока C-диапазона и крепится при помощи зажимного хомута. Конструкция зажима позволяет применять моноблоки с установочным диаметром 65-67 мм, то есть практически любые из распространенных на российском рынке.
На фланец Ku-волновода может быть установлен любой универсальный конвертер, имеющий присоединительный фланец C-120. Выбор поляризации в С-диапазоне осуществляется переключением управляющего напряжения, подаваемого на моноблок, а в Ku-диапазоне – поворотом всей конструкции (моноблок + насадка + конвертер Ku-диапазона) в рефлекторе вокруг своей оси на 90 градусов.
На пластиковой защитной крышке, закрывающей апертуру совмещенных облучателей, соосно с волноводом установлен диэлектрический стержень (предположительно изготовленный из фторопласта) диаметром 15 мм и длиной 45 мм. Этот элемент может быть использован для расширения диаграммы направленности в Ku-диапазоне.Представленные устройства могут применяться совместно с рефлекторами, рассчитанными на использование в прямофокусной и офсетной системах.
Технические параметры совмещенных облучателей «Юниторг» приведены в таблицах 1 и 2.







Методика измерений и результаты испытаний

Целью тестирования являлись сравнительные испытания совмещенных и обычных диапазонных облучателей в одинаковых или близких условиях приема спутниковых сигналов С-диапазона (круговая поляризация) и Ku-диапазона (линейная поляризация). В экспериментах использовались:
  • LNB №1 – конвертер С-диапазона MTI LNB-M15K (фланец WR-229, Tш=15 K);
  • LNB №2 – конвертер Ku-диапазона Digicom DK-J71 (фланец C-120, универсальный, Kш=0,6 дБ);
  • LNB №3 – конвертер-моноблок С-диапазона ASTRX C-2031 (диаметр волновода облучателя 59 мм, Tш=17 К). Штатный деполяризатор – пластина из стеклотекстолита толщиной 6 мм (ромб со скошенными краями, большая диагональ 85 мм).
Методика тестирования состояла в оценке параметров сигналов цифровых трансляций, принимаемых антенной системой, содержащей указанные конвертеры с различными типами облучателей:
  • FH № 1 – облучатель C-диапазона (апертура 61 мм, фланец WR-229, длина 140 мм, диэлектрический поляризатор – пластина из стеклотекстолита);
  • FH № 2 – облучатель Ku-диапазона (апертура 19 мм);
  • FH № 3 – совмещенный C/Ku облучатель («Юниторг»);
  • FH № 4 – универсальная насадка Ku-диапазона к LNB моноблоку («Юниторг»).
Для измерений использовалась прямофокусная параболическая антенна диаметром 180 см (F/D=0,4). Для оптимального облучения зеркала имеющимися облучателями применялись рефлекторы:
  • RF № 1 – рефлектор C-диапазона. Внешний диаметр 140 мм, шаг колец 6 мм, высота 25 мм, шаг колец 10 мм.
  • RF № 2 – рефлектор Ku-диапазона. Внешний диаметр 66 мм, шаг колец 6 мм, высота колец 8 мм.
Антенная система позволяла осуществлять прием сигнала со спутников «Ямал 201», 90° в.д. и «Экспресс AM22», 80° в.д. (C-диапазон, поляризация волн – круговая, Ku-диапазон – поляризация линейная), Astra 19° в.д. (Ku-диапазон – поляризация линейная). Для регистрации использовался цифровой спутниковый ресивер Humax VA-Ace+. В качестве оценочного параметра использовался взвешенный показатель «Качество сигнала», отображаемый в меню настройки ресивера. Считывание значений параметров сигнала осуществлялось вручную (отдельно для каждого транспондера выбранного спутника).
Программа испытаний включала сравнительные измерения эффективности работы комплектов:
  1. (LNB №1 + FH № 1+ RF № 1) и (LNB №1 + FH № 3 + RF № 1) . Спутники «Ямал 201», 90° в.д., и «Экспресс AM22», 80° в.д. (C-диапазон, поляризация волн – круговая).
  2. (LNB №3 + RF № 1) и (LNB №3 + FH № 4 + RF № 1) . Спутники «Ямал 201», 90° в.д., и «Экспресс AM22», 80° в.д. (C-диапазон, поляризация волн – круговая).
  3. (LNB №2 + FH № 2+ RF № 2) и (LNB №2 + FH № 3 + RF № 1) . Спутник «Экспресс AM22», 80° в.д. (Ku-диапазон, поляризация – линейная).
  4. (LNB №2 + FH № 2+ RF № 2) и (LNB №2 + FH № 4 + RF № 1) . Спутник Astra 19° в.д. (Ku-диапазон – поляризация линейная).
Диаграммы, отображающие «Качество сигнала» приема цифровых пакетов программы испытаний, приведены на рис.1-7.Для оценки отношения сигнал/шум при приеме пакетов в C- и Ku-диапазонах с использованием совмещенных облучателей, представленных компанией «Юниторг», была произведена калибровка шкалы «Качество сигнала» ресивера Humax VA-Ace+ по методике, изложенной в «Теле-Спутнике» №7 за 2004 год. Для калибровки использовался измеритель Satlook Digital-Nit. Усредненная по серии измерений калибровочная кривая «Качество сигнала» – «Отношение сигнал/шум» приведена на рис. 8. Основные особенности использования совмещенных C-/ Ku-облучателей, представленных компанией «Юниторг», проявившиеся в наших испытаниях:
  1. Наблюдается заметный выигрыш по качеству сигнала при приеме сигналов С-диапазона с правой и левой поляризациями по сравнению с диапазонным облучателем обычной конструкции и штатной диэлектрической пластиной. Абсолютный выигрыш по соотношению сигнал/шум составляет 0,5-1,5 дБ.
  2. Положительный эффект от применения в С-диапазоне проявляется в обоих представленных для тестирования конструкциях. При этом совмещенный C-/ Ku-облучатель обеспечивает улучшение качества приема и на верхнем и на нижнем краях С-диапазона. Результаты использования универсальной насадки Ku-диапазона к LNB моноблоку в С-диапазоне демонстрируют улучшение приема в диапазоне частот 3200-3700 МГц.
  3. Выигрыш по качеству сигнала в С-диапазоне выражен для сигналов обоих поляризаций, однако разброс значений сигнал/шум (качество сигнала) заметнее для транспондеров, осуществляющих вещание в правой поляризации.
  4. Применение совмещенных облучателей ограничено возможностью приема только одной поляризации в Ku-диапазоне. Для приема сигналов с другим типом линейной поляризации в Ku-диапазоне требуется механическая перенастройка облучателя в сборе.
  5. Совмещенные облучатели обоих типов имеют меньшую эффективность приема сигнала в Ku-диапазоне в сравнении со стандартным облучателем Ku-диапазона. Абсолютное снижение параметра сигнал/шум составило 3,5-4 дБ. По-видимому, это связано с недостаточно эффективным облучением зеркала антенной системы, обусловленным рассогласованием угла раскрыва антенны и диаграммой направленности тестируемых облучателей в Ku-диапазоне. Использование диэлектрической вставки, установленной на защитной крышке совмещенного облучателя, практически не влияет на качество приема в Ku-диапазоне. Судя по нашим наблюдениям, наличие диэлектрической вставки влияет на развязку по поляризациям в Ku-диапазоне, повышая значение этого параметра на 1,5-2 дБ.
  6. Конструкция «Моноблок + Универсальная насадка Ku-диапазона + конвертер Ku-диапазона» – достаточно массивная и громоздкая. Один зажимной винт, крепящий этот облучатель на рефлекторе, не обеспечивает требуемой жесткости конструкции. Для ее надежной фиксации на рефлекторе антенны лучше всего подходит трехточечная система зажима.
В данной статье протестирована конкретная оригинальная реализация двухдиапазонного облучателя. Существуют универсальные облучатели и других производителей. В Интернете даже можно найти описания самодельных модернизированных C-облучателей с инструкциями по их изготовлению. В этом материале не ставилась задача сравнения других решений с продукцией фирмы “Юниторг”. Однако сами по себе протестированные облучатели показали достаточную эффективность при относительной простоте решения.

Автор признателен фирме «Юниторг» (г. Москва), предоставившей для тестирования образцы совмещенных C-/ Ku-облучателей с металлодиэлектрическими деполяризаторами.


 
Теле-Спутник Февраль 2007
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