42Научно-технические разработки

предыдущая статья | оглавление | в архив | следующая статья



Сверхширокоугольная антенна


С.Геруни, НИИ Радиофизических измерений, Ереван, Армения Д.Сазонов, Московский Энергетический институт (ТУ), Россия Теле-Спутник - 7(45) Июль 1999 г.


В статье рассматривается новая для рынка телевизионных спутниковых антенн концепция, основанная на использовании неподвижного зеркала в виде сферического пояса в целях сверхширокоугольного обзора геостационарной орбиты. Перепозиционирование облучателя совместно с конвертором производится при помощи электромеханического сканера. Антенна обеспечивает экваториальный обзор в секторе углов в пределах до 120 0 без снижения КНД и до 140 0 с его частичным снижением. Размеры зеркала составляют 1.5 х 2.8 м.

Как известно из теории и техники антенн, зеркало со сферическим профилем обеспечивает поворот луча без изменения формы диаграммы направленности или снижения коэффициента направленного действия (КНД) в наиболее широком секторе углов.

Зеркало антенны при этом остается неподвижным, а облучатель может совершать механическое сканирование по вложенной сферической поверхности с радиусом, равным приблизительно половине радиуса кривизны зеркала.

Полный сектор сканирования у сферической антенны обычно составляет 1200 и представляет собой для случая зеркала с круглым раскрывом пространственный конус, вершина которого совпадает с центром сферы.

Однако для приема сигналов от геостационарных ТВ-спутников, расположенных в одной плоскости, достаточно использовать вырезку из поверхности рефлектора в виде сферического пояса.

При соответствующем подборе размеров радиуса зеркала и характеристик облучателя можно без каких-либо потерь в значении КНД добиться увеличения сектора сканирования до 130-1400.

Если же согласиться с потерями в КНД в пределах 10-30%, то сектор сканирования можно расширить до 1500.

На практике именно сектор экваториальных позиций в пределах до 1500 эксплуатируется большинством потребителей, использующих антенны с диаметрами зеркал 1.5-2 м. При этом угловой сектор доступности уменьшается с увеличением значения географической широты места.

Так, для антенны, находящейся на экваторе (широта 00), открыт теоретически максимальный доступ позиций орбиты в секторе 1630 в экваториальных координатах.

Наблюдатель, находящийся на широте порядка 400 (Ереван, Мадрид), видит несколько усеченный сектор в 1570, а на широте порядка 550 (Москва, Копенгаген) он видит уже 1490.

На широте Санкт-Петербурга и Хельсинки (600) сектор видимости сужается до 1430, а на широте Архангельска и Рейкьявика (порядка 650) сектор составляет 1370 и вовсе исчезает на широте 820.

Однако на практике среднестатистический потребитель вряд ли опускает луч своей антенны ниже чем 5-70 к горизонту, ибо “такие спутники не берутся”, если, конечно, нет зеркала диаметром 3-4 м. К тому же холмы, горы и наземные постройки обычно закрывают пригоризонтные углы позиционирования.

То есть можно уверенно вычесть из вышеприведенных расчетных данных по 10-150. В таком случае мы и приходим к средним используемым значениям обзора орбиты в 130-1500 от северных морей до экватора или 130-1400 для региона СНГ.

Представляемая в данной статье экспериментальная антенна Z-140 с неподвижным сферическим зеркалом и механическим облучателем обеспечивает сектор обзора орбиты в 1400.

Размеры раскрыва зеркала составляют 1.5 х 2.8 м. В каждой из позиций облучателя антенна по своим характеристикам эквивалентна круглоапертурной антенне с диаметром зеркала в 1.5 м. Если сравнить характеристики параболической и сферической антенн с одинаковым диаметром размером 1.5 м, то ширина диаграммы направленности (ДН) у них практически окажется одинаковой, а КНД последней уступает на величину порядка 1 дБ.

Ширина ДН антенны Z-140 на частоте 11.3 ГГц составляет 1.20 на уровне -3 дБ в Е-плоскости и 1.40 в Н-плоскости. Расчетный КНД при этом составил 42.5 дБ. На частоте 4 ГГц эти значения составляют 3.70 и 34.5 дБ.

Электромеханический сканер, приводимый в движение небольшим мотором-редуктором, перемещает облучатель из одной крайней позиции в другую за 25 секунд.

Кроме того, в облучателе предусмотрена возможность корректировки его положения по углу места в пределах ±5 0, что предусмотрено для случая дрейфа спутника.

К облучателю пристыкованы поляризатор и конвертор. Ось антенны зафиксирована в плоскости местного меридиана.

Управление процессом сканирования, остановки и коррекции позиции облучателя производится позиционером, который фиксирует 10 меток на один градус поворота.

Испытания антенны Z-140 показали надежные результаты совместной работы неподвижного зеркала и сканирующего облучателя. Технология изготовления подобной антенны не сложная и может быть легко освоена производством для различных типоразмеров зеркала.

Возможность легкого и точного позиционирования облучателя при неподвижном зеркале представляет очевидное преимущество по сравнению с процессом переброски и удержания больших масс поворотных зеркал, особенно для случаев, когда по условиям приема необходимы диаметры зеркала свыше 3 м, имеющие довольно острые, до 0.50 по ширине, лучи.

При таких размерах ощутимо сказываются проблемы с парусностью зеркала на ветрах и налипанием снега, и эти факторы актуальны не только для российских просторов и метеоусловий.

Кроме того, есть еще одна причина обратить большее внимание на неподвижные зеркала. В недалеком будущем сантиметровый диапазон волн будет переполнен и начнется освоение миллиметрового диапазона волн. Собственно, это освоение уже началось. Вероятно, здесь не потребуется принятых сейчас размеров зеркал, однако, ширина лучей таких антенн все равно будет составлять десятые доли градуса. В итоге, избавляясь от одних проблем, мы так или иначе приобретаем другие. Как говорится, в природе ничего не возникает ниоткуда и никуда не пропадает.



 
Теле-Спутник Июль 1999
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