План:

1. Спутниковые антенны.

2. Классификация достоинств и недостатков.

3. Модуляция и кодирование.

Спутниковые антенны бывают двух видов: прямофокусные спутниковые антенны и офсетные антенны. Прямофокусные антенны - это когда круглая форма у антенны, а фокус - это там, где собираются лучи, то есть это в центре. Эти антенны большого диаметра, они такие и выпускаются. Начинаются от 120-150 см. Они проще в настройке, но нужен специальный конвертор.

Недостаток прямофокусной антенны в том, что антенна смотрит в спутник, а еще зимой на ней скапливается снег. Массовое распространение получили прямофокусные антенны некоторое время назад, диаметром 180 см, производство было китайское, собирали из отдельных лепестков. И еще один недостаток прямофокусной антенны - это очень плохое качество. У прямофокусной антенны наиболее эффективно используется площадь зеркала. Прямофокусная антенна поднимается на угол и представляет собой чашу.

У офсетных спутниковых антенн круглая форма, их фокус перемещен от своего центра. Офсетные антенны выпускаются любых размеров. Еще один плюс антенны - на них зимой не скапливается снег, она расположена вертикально. К нему подходят недорогие конверторы. Офсетные антенны бывают двух типов: длиннофокусные и короткофокусные. У длиннофокусных антенн фокус находится дальше от антенны. Конверторы для офсетных антенн предназначены для длиннофокусных. Только можно потерять эффективность, если установить конусовидный раструб. Вот это случается очень часто, так как короткофокусные антенны завода Супрал очень распространены. Диаметры этих спутниковых антенн имеют размеры 60, 90 и 120 см. Однако офсетные антенны используют для сигнала C и Ku. Но обычно бывает в наличии и прием Ka сигнала в диапазоне.

Спутниковая антенна является приёмником (или передатчиком сигнала) с искусственного спутника Земли и представляет собой зеркало (рефлектор), к которому присоединено устройство (конвертор), принимающее и преобразовывающее принятый высокочастотный сигнал в менее высокую промежуточную частоту.

Существуют различные типы спутниковых антенн: зеркальные, плоские, шаровидные, рупорные и другие. Они имеют много ценных качеств, но из-за высокой стоимости и сложности при массовом производстве они изготовляются ограниченно. Поэтому, самым распространённым типом спутниковых антенн является «тарелка».

Так как сигнал спутникового вещания имеет очень высокую частоту и по своим физическим свойствам близок к свойствам света, т.е. отражается от зеркальной поверхности и расщепляется на границе разных физических сред (влажность воздуха и др.). Поэтому для того, чтобы усилить сигнал – его нужно сфокусировать в одной точке с помощью большой линзы – зеркальной параболической антенны. После такого усиления сигнал проходит на дальнейшее преобразование.

Спутниковая антенна типа «тарелка» имеет две формы рефлектора: длиннофокусная («мелкая») и короткофокусная («глубокая»).

В системах спутникового приёма чаще всего используют длиннофокусные рефлекторы (как было описано выше такую форму рефлектора описывают термином - «мелкая»).

Параболические зеркальные антенны подразделяются на два типа: Прямофокусные (осесимметричные) и офсетные (облучатель вынесен из фокуса).

Прямофокусные антенны фокусируют весь сигнал в центре рефлектора, представляет классический тип параболоида вращения и это способствует более точной ориентации на выбранный спутник. Обычно такие антенны используются для приёма сигнала в С-диапазоне как более слабого, однако это возможно и в Ku-диапазоне, а также и комбинированный.

Офсетные антенны фокусируют принятый сигнал в стороне от центра рефлектора, т.е. фокусный сегмент расположен ниже геометрического центра антенны – это устраняет затенение полезной площади антенны облучателем и его опорами, что повышает ее коэффициент полезного использования при одинаковой площади зеркала с осесимметричной антенной.

У каждого типа есть свои достоинства и недостатки:

Прямофокусные антенны.

Достоинства:

процесс изготовления очень прост;

низкая цена.

Недостатки:

невозможно крепить на стены домов без длинного выносного крепления (чтобы обеспечить нужный угол подъёма) иначе край антенного зеркала просто упрётся в стену;

сложная настройка и установка;

конвертор установлен на пути прохождения сигнала со спутника, тем самым затеняет часть рефлектора, а это уменьшает общее усиление принятого сигнала;

в антенне скапливаются атмосферные осадки: дождевая вода и снег.

В основном прямофокусная антенна используется для профессионального приёма сигналов со спутника, и при размерах рефлектора более 1,5…2,0 метра.

Офсетные антенны.

Тороидальная спутниковая антенна, помимо двух рефлекторов, может оснащаться несколькими конверторами. Благодаря такой технологии производства тороидальная спутниковая антенна способна принимать сигналы от нескольких спутников одновременно, при этом каждый конвертер будет находиться непосредственно в фокусе спутника, на который он направлен – это большой плюс, так как не нужно устанавливать поворотные устройства для поимки сигнала со спутника.

Внешнее основное зеркало тороидальной антенны отличается от обычной офсетной параболической антенны, так как представляет собой скорее всего не овал, а яйцеподобную форму. За счет такого сложного профиля и отражения от вспомогательного зеркала в пространстве формируется не отдельный точечный фокус, а протяжённая кривая, фокус любой видимой точки геостационарной орбиты.

Тороидальная спутниковая антенна очень сложна в изготовлении и настройке - это, наверно, единственный минус данного типа спутниковых антенн.

Обратите внимание; «тарелка» - это зеркало, на котором происходит отражение на определённый угол (угол отражения определяется изготовителем), то есть офсетная антенна имеет определённый угол отражения сигнала (19…27?)

Интересный факт.

Главным параметром у спутниковых антенн является усиление. Чем больше поверхность рефлектора, тем большее количество излучения он соберёт в фокусе. Соответственно, размеры рефлектора будет определятся подаваемым со спутника сигналом на этот рефлектор: если будет подаваться мощный сигнал со спутника на антенну, то можно выбрать меньший размер рефлектора, а если же сигнал слабый, то рефлектор должен быть наибольший, соответственно. Главное внимание нужно обратить на то, что для надёжного приёма в любую погоду размер рефлектора нужно выбирать наибольший для получения запаса по мощности (во время выпадения атмосферных осадков часть сигнала будет поглащена капельками воды, следовательно, мощность сигнала теряется и для уверенного приёма нужно использовать антенну с большим размером рефлектора).

Расчет углов поворота и положения спутниковой антенны с использованием программы «Satellite Antenna Alignment».

Сразу хочу ввести Вас в курс дела. Расчёт углов и определение направления на спутник не является достаточным условием для настройки антенны на спутник. Ширина луча антенны, диаграммы её направленности, составляет, в среднем 1.5-2.5 градуса, в зависимости от размера тарелки, поэтому "поймать" нужный спутник не так-то просто, особенно при размере тарелки 0.9м и более. Для настройки желательно применять SatFinder, недорогой индикатор настройки на спутник.

Перед началом определения углов и направления на спутник можно воспользоваться программой для точного определения географических координат Вашего населённого пункта, это может понадобиться для дальнейших расчётов, эту программу можете найти на сайте: http://www.tour-info.ru/maps/locate_geo.html

С помощью программы «Satellite Antenna Alignment» можно произвести расчёт углов, необходимых при установке и настройке спутниковой антенны на спутник. С её помощью определяются азимут и угол места для любого геостационарного спутника в заданной географической точке приёма. Основное отличие её от аналогичных программ - возможность сделать расчет сразу для всех геостационарных спутников, что дает представление о расположении их на «дуге» и доступности для приёма сигнала. Программа «Satellite Antenna Alignment» имеет в том числе и русский интерфейс.

Для работы необходимо загрузить последнюю версию программы «Satellite Antenna Alignment» по ссылке: http://www.al-soft.com/saa/saa.exe

Программа запоминает перечень географических точек, для которых производился расчет. Впоследствии вводить координаты этих мест повторно не потребуется, надо просто выбрать их из таблицы.
Работу с программой «Satellite Antenna Alignment» начинается с занесения географических координат места установки спутниковой антенны, для этого надо ввести координаты установки в разделе "Координаты места установки антенны".

Обозначения: северная широта - "N", южная широта - "S" и, аналогично, восточная долгота - "E", западная долгота - "W". После того, как введёте координаты, в левой части в таблице Вы получите расчетные углы на все спутники сразу. Программа рассчитывает азимут и угол подъема антенны (угол места). Полученный азимут - это направление на спутник в градусах, определяемое как угол от направления на север по часовой стрелке до направления на спутник. Угол места - угол (в градусах) между направлением на спутник и воображаемой касательной плоскостью к поверхности земли в точке приема. Если угол места отрицательный, то значит спутник скрыт за линией горизонта и прием сигнала с него в принципе не возможен. Таким образом, с места установки антенны теоретически видны все спутники, доступные для приёма. Определив азимут и угол места, Вы можете быстро сориентироваться и определить на местности направление на спутник, чтобы оценить возможность приёма сигнала, если на пути направления на спутник имеются препятствия (дома, сооружения, горы, деревья и т.п.).

В основу приведённых выше расчётов легли показания компаса, но если у Вас нет его под рукой или Вы не доверяете его показаниям, то можно воспользоваться ориентированием по солнцу.

Программа позволяет выполнить расчет азимута на солнце. Расчет производится для того же места, для которого Вы уже задавали географические координаты при расчете азимута на спутники. Высота над уровнем моря принимается равной 0 метров.

Чтобы произвести расчет движения солнца с точностью до минуты, Вы должны указать дату (по умолчанию берется текущая дата). Результаты расчета формируются в левой части таблицы. Для солнца определяется и азимут, и угол места в текущий момент времени. Этот расчёт дает Вам возможность при установке антенны обойтись без компаса.

Порядок работы: сначала определяется азимут на нужный Вам спутник, а далее производится расчет азимута на солнце в день установки антенны. Затем в таблице находим азимут солнца наиболее приближенный к азимуту на спутник, и определяем время (и дату), когда солнце будет в том же направлении, что и спутник. В этот момент времени поворачиваем антенну прямо на солнце, азимут солнца должен совпадать с азимутом спутника. Можно просто отметить это положение, а антенну повернете позднее.

При расчете надо обязательно указать Вашу временную зону (для Москвы это +3 часа от Гринвича).

Дополнительно программа рассчитывает азимут восхода и захода солнца, а также время и угол места, когда солнце находится строго на юге.

При переходе на летний период времени нужно прибавлять 1 час к полученным результатам расчета азимута на солнце.

Программа отображает простенькую схему, где указаны стороны горизонта. Желтый сектор обозначает световой день, на восточной части сектора - восход солнца, на западной части сектора - заход солнца. На этой схеме можно также отобразить направление на нужный вам спутник, для этого выберите спутник в списке слева, направление на него (азимут) рисуется красной линией. Если угол места на спутник отрицательный, то красная линия не рисуется, т.к. спутник не виден.

В настоящее время широкое распространение получили офсетные спутниковые антенны. Такая антенна, установленная строго вертикально, уже имеет некоторый угол подъема (20...25 градусов). Программа позволяет точно рассчитать угол места спутника, и реальный угол установки антенны (в градусах от плоскости земли), для этого нужно в программе ввести размеры Вашей антенны в миллиметрах (высоту и ширину). Расчет производится только для антенн, у которых высота больше ширины, т.е. офсетных тарелок.

В данной программе есть замечательная возможность расчета угла между преградой на пути спутниковой антенны и условным горизонтом, на котором расположена антенна. Указав высоту преграды и расстояние до нее, вы определите это значение. Если этот угол больше, чем угол места выбранного вами спутника, то прием при данных условиях высоты и расстояния до преграды невозможен.

В программе есть еще одна полезная функция: выбрав необходимый вам спутник и активировав вкладку «Транспондеры», программа загружает из Интернета все активные транспондеры, работающие на этом спутнике.

По завершению необходимых расчетов в программе имеется возможность их сохранения в текстовом файле, в буфере обмена Windows, или в распечатке на принтере. Таблицу расчётов можно экспортировать в MS Excel, MS Word, в HTML и CSV файлы.

Для современного мира характерно развитие информационных технологий быстрыми темпами. Поэтому значительно улучшаются и средства передачи информации. Ведь они должны обеспечивать более высокое качество и скорость обработки данных. Одним из таких направлений, получивших широкое распространение, стала спутниковая связь. Ее применяют во многих отраслях деятельности человека: от больших промышленных разработок и до мелких домашних хозяйств.

Одной из таких разработок является спутниковое телевидение. Сейчас уже очень тяжело найти хотя бы один многоквартирный дом, в котором не было бы установлено как минимум несколько Это неудивительно, ведь за достаточно небольшую плату вы можете получить отличное качество трансляции телевизионных каналов со всего мира.

Существует два основных вида этих приборов: прямофокусная и офсетная антенна. Главное их отличие друг от друга заключается в расположении места принимаемого сигнала. Также неодинаковы размеры Так, офсетная антенна имеет небольшие размеры, а точка размещения конвертера (в нее происходит отражение) смещена относительно геометрической оси. Для прямофокусной антенны характерны большие размеры и, соответственно, отражение в точку, размещенную на геометрической оси.

Офсетная антенна работает по принципу отражения сигнала от анфасной части параболы в конвертер. При этом используется только часть всей ветви параболы. Большая офсетная антенна имеет анфасный вид яйца, те, что поменьше - круга. К большим относятся устройства, имеющие размер по минимальному диаметру больше одного метра. К маленьким - меньше ста сантиметров.

Но стоит заметить, что офсетная антенна не может использоваться для приема профессионального телевизионного сигнала. Это объясняется тем, что при отражении на конвертер образуется неровное пятно.

Чтобы устанавливать офсетные не требуется значительных затрат времени и энергии, так как фиксировать эти приборы надо практически вертикально, а это очень упрощает их крепление на балкон или просто на стену дома.

Также данный прибор обладает одним важным преимуществом: любые не задерживаются на отражательной тарелке. Все эти параметры и способствовали широкому распространению подобных устройств для подключения спутникового телевидения.

Офсетные антенны могут быть выполнены из разного материала: пластмассы, стали, сетки, алюминия - все это может стать основой для производства отражающей поверхности. Каждое из этих устройств обладает своими недостатками и преимуществами. Так, например, антенны из пластика сильно подвержены влиянию температур, но значительно легче по весу и удобнее в установке. Стальные, наоборот, тяжелее, но гораздо прочнее и надежнее. Хотя антенны из этого материала обладают одним свойством, которое негативно влияет на прием - они со временем ржавеют.

Современный рынок предоставит вам широкий ассортимент товара, поэтому вы всегда сможете выбрать именно то, что подойдет в конкретном случае.

В настоящий момент на рынке радиотелевизионной продукции Украины сложилась необычная ситуация: нет дешевых параболических антенн малого типоразмера. Параболические импортные антенны "pizza-size " ("размером с пиццу", т.е. диаметром 20-40 см) на «электронной» барахолке (Караваевы Дачи) стоят до 15 у.е. За эти деньги в магазине или у солидной фирмы можно купить антенну существенно большего размера - 0,6.0,8 м. Заметная цена свидетельствует также о популярности данной продукции. Действительно, малые антенны используют в системах МИТРИС, современных системах СВЧ ретрансляции телевидения в больших городах. Сегодня МИТРИС работает в Киеве, Одессе, Луганске, Запорожье, Черновцах, завоевывая все больше областных центров и их пригородов, и нет сомнения, что она составит серьезную конкуренцию даже кабельному и спутниковому телевидению. Антенну малого размера нечем заменить: прием МИТРИС на "голый" конвертер часто бывает неуверенным, а использование антенн диаметром 0,6 м может дать слишком большой уровень сигнала, создающий взаимные помехи каналов.

Итак, спрос на малые антенны есть и будет расти. Почему же нет антенн? Потому что производство их считается сложным, даже наукоемким, и оно сосредоточено исключительно на крупных предприятиях, специализирующихся, к сожалению, на выпуске только больших партий продукции. Где же выход? Очевидно, что образовавшуюся нишу в потребительском спросе могут заполнить малые предприятия. Оснастившись и напряженно работая, небольшое число специалистов способно насытить дешевыми и качественными антеннами всю Украину. И если этого не случилось до сих пор, то только потому, что технари-умельцы все еще робеют перед бизнесом, а бизнесмены - перед техникой. В этой статье мы попытаемся облегчить участь тех, кто все же решится взяться за это дело, рассказав об устройстве и методах конструирования параболических антенн малого типоразмера и оснастки для них.

Какую параболическую антенну выбрать для трансляции систем типа МИТРИС: офсетную или прямофокусную? Лучше - офсетную. У этой антенны конвертер не затеняет зеркало, как в осесимметричной. При малых размерах антенны тень от конвертера соизмерима с площадью зеркала, и это становится существенным недостатком осесимметрич-ных антенн. Вторым их серьезным недостатком является способность накапливать зимой снег, не радиопрозрачный в СВЧ. Даже при горизонтальном расположении главного лепестка диаграммы направленности (ДН) нижняя часть поверхности зеркала осесимметричной антенны наклонена под положительным углом к вертикали, что способствует налипанию снега. Учитывая размеры антенны, нужно совсем немного снега, чтобы закрыть половину зеркала. Если у офсетной антенны главный лепесток ДН расположен параллельно горизонту, то раскрыв зеркала "смотрит" на землю, угол между плоскостью раскрыва и вертикалью отрицательный, и налипания снега не происходит. Справедливости ради следует сказать, что под положительным углом к вертикали располагается плоскость пластиковой крышки рупора (волновода) конвертера, который установлен на офсетную антенну, однако на пластик снег, как правило, не налипает.

Итак, мы выбираем офсетное зеркало. Рис.1 поясняет, как "вырезают" офсетное и осесимметричное зеркала из первичного параболоида. Этот рисунок необходим также для того, чтобы понять, как должна быть спроектирована и изготовлена оснастка для производства. Первичный параболоид - поверхность вращения параболы y=x2/4F, где F - фокусное расстояние. Парабола как образующая вращается вокруг оси, производя параболоид вращения. Точка фокуса расположена на оси y на расстоянии F от начала координат. Параболическое зеркало спутниковой антенны вырезают из первичного параболоида секущим цилиндром, ось и образующая которого параллельны оси y первичного параболоида. Если секущий цилиндр располагается симметрично оси первичного параболоида, то получается осесимметричное зеркало. Обычно офсетное зеркало соответствует варианту, при котором образующая секущего цилиндра совпадает с осью первичного параболоида. Тогда, как это видно на рис.1, ось параболоида проходит через край зеркала. Точка фокуса F и направление на воспринимаемый сигнал остаются, естественно, неизменными, поэтому в штатном расположении на ретранслятор МИТРИСа раскрыв офсетной антенны будет "смотреть" на землю. Офсетная антенна напоминает косоглазого человека: нам кажется, что она "смотрит" не туда, куда необходимо смотреть. Направление максимального приема у офсетной антенны почти совпадает с консолью, которая удерживает конвертер. Диаметр секущего цилиндра будет диаметром осесимметричного зеркала и малой осью эллипса раскрыва офсетного зеркала. Эта малая ось называется еще "условным диаметром" офсетного зеркала: со стороны спутника или СВЧ-ретранслятора МИТРИС офсетное зеркало представляется как круг с диаметром секущего цилиндра. Если же посмотреть на раскрыв прямо, получится эллипс: его образуют линия пересечения параболоида вращения и цилиндра, параллельного оси вращения.

Рассматривая дальше рис.1, уместно обсудить вопрос о том, куда должна быть направлена ось конвертера, который устанавливают в фокусе F: если бы зеркало было пря-мофокусным, конвертер, очевидно, ориентировался бы на дно этого зеркала в начало координат, поэтому на офсет он должен "смотреть" вдоль биссектрисы угла раскрыва, т.е. угла, под которым офсетное зеркало видно из фокуса F. Однако есть один нюанс. Офсетное зеркало "освещается" радиоволной неравномерно: плотность потока радиоизлучения больше вблизи начала координат и несколько меньше на отдаленном от нее крае офсета - сказывается изменение угла наклона поверхности к потоку излучения. Нижняя часть офсета наиболее «нагружена» излучением и соответственно она больше всего переизлучает энергию в конвертер. Хочется привести такое сравнение: весной снег тает существенно быстрее на склонах оврагов, на которые солнечный свет падает почти перпендикулярно их поверхности, и где плотность излучения оказывается наибольшей. Из-за этого "прицельную точку", т.е. место на зеркале, куда направлена ось конвертера, перемещают несколько ниже прицела по биссектрисе.

Теперь пора выбрать исходные параметры офсета. Условным диаметром офсета предлагаю принять 33 см. Это будет большая пицца! Если Ваши запросы отличаются от моих, то, следуя приведенным ниже вычислениям, Вы можете спроектировать другую "пиццу". Итак, D = 33 см. Выбирая фокус F, следует помнить, что здесь диапазон нашего «произвола» уже невелик, так как мы ограничены соотношением F/D: чтобы конвертер хорошо "видел" весь офсет, соотношение F/D должно быть достаточно велико, например, 0,5-0,6. Эта величина - традиционная для офсетов (офсеты - длиннофокусные), в то время как для прямофокусных антенн характерно другое соотношение F/D - 0,3.0,4. Выбираем соотношение 0,5. Тогда F = 16,5 см. Сразу подсчитываем апер-турные углы: угол на большую ось эллипса раскрыва из точки фокуса arctg(4FD/(4F2-D2))=90°, а угол на малую ось эллипса раскрыва (на условный диаметр офсета 33 см) 2arctg{(0,5D/[(0,5D)2+(F-D2/8F)2]1/2}=83,6°.

Как видите, эти углы почти одинаковы, потому что офсетное зеркало длиннофокусное. Офсеты прекрасно согласуются с классическими рупорами конвертеров, предназначенными для этого типа зеркал. Такие рупоры представляют собой конус с телесным углом 45°, ширина главного лепестка его ДН на уровне 1/2 мощности равна 80-90°. Отмечу одну важную деталь: область максимальной чувствительности конвертера направлена вперед на середину зеркала. Края зеркала согласованный с ним конвертер «видит» уже хуже, и эффективная площадь зеркала, создающая воспринимаемый конвертером поток излучения, составляет всего около 0,6 полной площади раскрыва. Этот параметр q=0,6 называют коэффициентом использования поверхности. Теперь приступаем к определению других конструктивных и аналитических характеристик нашей антенны. Большая ось эллипса раскрыва B = D(16F2 + D2)/4F = 36,9 см. Максимальная глубина зеркала, измеренная от плоскости раскрыва до параболоида, H = 0,25D2/(16F2 + D2) = 3,7 см. Эти характеристики потребуются, чтобы предварительно оценить расход металла для производства зеркала и изготовления оснастки. Офсетное зеркало имеет симметричный эллиптический раскрыв и несимметричный профиль: в нижней части со стороны закрепленного конвертера оно быстрее набирает глубину. Угол между касательной к образующей параболоида и большой осью эллипса раскрыва внизу и вверху зеркала составляетсоответственно: arctg(D/4F) = 26,6° и arctg(D/2F) - arctg(D/4F) = 18,4°. По этой причине точка максимальной глубины расположена ближе к нижней части офсета. Разница этих углов всего 8,2°, и эта малая величина будет единственным индикатором правильной ориентации зеркала в направлении "верх-низ", поэтому потребуются конструктивные и технологические меры, чтобы при производстве и сборке зеркал данная ориентация никогда не сбивалась.

Определим ожидаемое усиление нашей антенны. Усиление зеркальной параболической антенны сильно зависит от длины волны радиоизлучения, поэтому следует выбрать рабочий диапазон частот и длин волн. Киевская МИТРИС работает в диапазоне 11,7-12,5 ГГц, поэтому будем считать, что характерная частота рабочего диапазона f = 12 ГГц, а характерная длина волны 2,5 см. Расчетное усиление идеальной антенны диаметром 33 см G=20lg(nDq1/2/l)=30,1 дБ.

Замечу, что идеальная антенна, т.е. антенна, усиление которой соответствует расчетному, должна иметь отклонение от параболичности не более 1/32=0,8 мм. Изготовители знают, что это довольно жесткое требование, но на малых диаметрах его можно обеспечить без больших проблем. Следующий класс качества - отклонение не более 1,6 мм. В это соотношение довольно легко уложиться даже при больших диаметрах зеркал, но усиление антенны с таким отношением уже будет немного ниже расчетного. Поскольку в усиление антенны входит коэффициент использования поверхности q, то усиление как бы привязано к тому рупору, который использует зеркало для облучения при передаче и для восприятия радиоволны при приеме с нормативным значением параметра q = 0,6.

Поэтому усиление спутниковой антенны - это некая "вещь в себе". На оснащенных испытательных полигонах хранят специализированные облучатели, подобранные под разные отношения F/D. Вряд ли таким полигоном должно обладать малое предприятие, производящее антенны "pizza-size ". Мнение автора как "старого антенщика" таково: все спутниковые антенны бытового назначения, рассчитанные на применение произвольных облучателей, должны быть лишь металлоконструкциями, в которых производитель гарантирует только правильную форму зеркала. Для индивидуальной параболической антенны важна лишь выверенная геометрия, только и всего. Бывалые изготовители знают, о чем идет речь.

Далее спроектируем измерительный треугольник для нашей антенны. Конечно, он потребуется не сейчас, а в производстве, но его проектирование добавит Вам информации и уверенности в том, что Вы владеете Вашей антенной. Рис.2 демонстрирует вид измерительного треугольника и помогает понять его функцию. Измерительный треугольник поможет Вам всегда точно находить фокус Вашей «тарелки» и положение конвертера. Стороны этого треугольника a,b,c вычисляют следующим образом:

a = B = 36,9 см;

b = F+D2/4F = 33 см;

c = F = 16,5 см.

На практике нижнюю сторону a вы можете изготовить совместно со шпангоутом, криволинейная часть которого -образующая параболоида, т.е. парабола. Это совмещение удобно тем, что установка треугольника на зеркало всегда будет однозначной, а острые углы на концах стороны a не будут царапать окрашенную поверхность. На самом деле измерительный треугольник можно еще более усовершенствовать. После добавления параболического шпангоута сторону a можно немного продлить, она ляжет на отбортовку зеркала, что сделает треугольник более удобным. Из точки фокуса следует провести прицельное направление для ориентации конвертера. Уже упоминалось, что биссектриса угла bFc не вполне подходит для этой цели. Конвертер лучше ориентировать на точку максимальной глубины зеркала. Она находится на пересечении оси образующего цилиндра с параболоидом.

Эту точку очень легко найти, причем точность ее определения будет даже выше, если не измерять максимальную глубину вообще, а поступить следующим образом: сторону b, равную условному диаметру 33 см, разделить пополам и из ее середины параллельно оси параболоида, т.е. параллельно стороне c треугольника, провести прямую линию, она пересекает параболоид в точке P. Эта точка и есть точка максимальной глубины, и ее мы выбираем прицельной точкой, а на прямой PF должна располагаться ось конвертера. Линию PF можно выделить краской, но еще лучше закрепить на ней съемную цилиндрическую оправку, которая должна ложиться в хомут подвески, предназначенный для закрепления конвертера. Диаметр этой оправки должен быть равен 40 мм, это уже установившийся стандарт конвертеров. Другого диаметра горловин офсетных конвертеров уже нет. А вот другой важный присоединительный размер конвертеров - расстояние от горловины до конца рупора (пластиковой крышечки) еще не сложился. Чаще всего геометрия конвертера соответствует размерам, приведенным на рис.3.

Такой или приблизительно такой геометрией обладают сейчас конвертеры Gardiner, Cambridge, FTE, Strong и др. Точка фокуса должна располагаться немного глубже крышечки (т.е. внутри рупора конвертера) приблизительно на W4=6 мм. Поэтому острую вершину F измерительного треугольника можно срезать на эту малую величину или, если сделана оправка, имитирующая конвертер, придвинуть оправку ближе к зеркалу. Эта последняя процедура почти завершает работу над треугольником. Почему "почти"? Потому что еще есть эффект недопрессовки зеркала, который слегка отдаляет фокус.

Забегая вперед, скажем так: если недопрессовка зеркал, измеряемая как неполная, не соответствующая расчету максимальная глубина зеркала, стала массовым явлением, то рекомендую отодвинуть хомут крепления конвертера в связи с фактическим отдалением точки фокуса. Это отдаление в данном случае можно посчитать по формуле: 5F= -4,55H, где 5H - разница между расчетной и фактической максимальной глубиной зеркала; 5F - изменение фокусного расстояния. Знак "минус" в формуле стоит потому, что уменьшению глубины зеркала соответствует увеличение фокусного расстояния.

Приступаем к проектированию оснастки. Для этого мы должны знать, на какую технологию прессования можно ориентироваться. Обычно зеркала средних размеров, т.е. от 0,6 до 2,2 м прессуют с применением пневматического или гидравлического давления: тонколистовая алюминиевая или стальная заготовка герметично обжимается по периметру (по контуру) между матрицей и крышкой, затем под крышку напускается сжатый воздух или вода под давлением несколько атмосфер, и заготовка вытягивается, вжимаясь в матрицу и приобретая ее параболическую форму. Заготовка должна быть выполнена из пластичного материала, например, из алюминия марки А5, А6 или из стали марки 08КП. Известны альтернативные технологии производства зеркал: осесимметричные зеркала можно выкатывать, последовательно обжимая роликом заготовку, зажатую на вершине пуансона. Пуансон устанавливают на карусельном станке и вращают, а ролик остается неподвижным. Осесимметричное зеркало малого типоразмера можно выкатывать на токарном станке. Большие антенны, например от 3 до 5 м и более, делают из лепестков, собирая их на стапеле. Сами лепестки выполняют на обтяжном прессе, натягивая заготовку на параболический болван. Известна также уникальная технология прессовки взрывом: сначала зеркало прессуют гидростатическим давлением воды, а затем взрывают в воде небольшой заряд, и взрывная волна при этом прекрасно дожимает зеркало, выполненное из упругих сплавов, например из АМЦ-М. Тем самым обеспечиваются дополнительные качества таких зеркал: они прочные, точные и легкие. Недавно появились на рынке литые (выплавляемые модели) пицца-зеркала. Может быть, Вы располагаете еще какой-либо новой технологией? Дерзайте!

В данной статье рассказывается об устройстве и методах конструирования параболических антенн малого типоразмера и оснастки для них. Начало статьи - в предыдущем номере журнала.

Зеркала малых размеров можно прессовать классическим способом, например, пневматическим давлением, соизмеряя при этом величину давления с толщиной металла и размерами зеркала: давление пропорционально толщине металла и длине контура (периметра) заготовки и обратно пропорционально площади заготовки. Длина периметра L и площадь эллиптической заготовки S связаны между собой соотношением

Поэтому давление P, толщина металла и длина периметра L (или средний диаметр) связаны соотношением подобия P-Ld/S-d/L-d/D^.

Средний и условный диаметры близки, и для оценочных расчетов их различием можно пренебречь. Известно, что офсетное зеркало с условным диаметром 0,9 м из стальной заготовки 08КП толщиной d=0,8 мм можно надежно прессовать при давлении 6 атм. Какое давление воздуха потребуется для прессования зеркала с условным диаметром 0,33 м из стального листа толщиной 0,5 мм?

Ответ: P = 6.0,9.0,5/ /(0,8.0,33)=10 атм.

Если Ваш компрессор и качество обжима заготовки справятся с этим давлением, то у Вас не будет проблем. Можете перейти на более тонкий лист, если возникнут проблемы, но не тоньше 0,35 мм (по стали): уменьшится прочность зеркала и долговечность Вашей pizza-антенны.

Есть радикально иной способ прессования - вытяжка. Так прессуют посуду: заготовку обжимают по контуру, а формообразование производит крышка, преобразованная в подвижный пуансон, который надвигается на зажатый лист металла и натягивает его на себя. Металл приобретает форму пуансона. Никакой пневматики и гидравлики не требуется, но пресс должен быть двухходовым (обжим плюс обтяжка). Кроме того, проблему составляет износ пуансона: если для прессования посуды износ пуансона не является критичным, то для производства зеркал это важно. Изношенный пуансон следует восстанавливать или заменять. Износ формообразующей матрицы при прессовании надувом практически не происходит, это "вечная" оснастка. Для этого способа идеально подходит небольшой гидравлический пресс с усилием прессования несколько десятков тонн, необходимым для отбортовки зеркала и зажима листа заготовки во время надува зеркала. Для вытяжки необходим двухходовый механический или гидравлический пресс с приблизительно таким же усилием прессования. Для вытяжки нашего зеркала потребуется небольшое усилие PS=10 т. Отбортовка в зависимости от ее конструкции потребует те же 10-20 т. Эти усилия определяются площадью сечения вытягиваемого металла.

Как изготовить оснастку? Не хотелось бы вдаваться в подробности, хотя бы потому, что оснастка конструктивно привязана к конкретным прессам, к технологическим традициям прессового участка и возможностям инструментального производства. Хотелось бы обратить Ваше внимание больше на специфические требования к оснастке, главное из которых - учет толщины листового материала. Если Вы будете использовать метод надува, то формообразующая матрица должна иметь не параболический профиль, а экви-дистанту параболоида; ее поверхность должна отойти от параболоида вращения на толщину прессуемого металла. Если Вы надеетесь на использование двух видов материала разных толщин (алюминий и сталь), то можно расточить матрицу на эквидистанту средней толщины металла, например, если у алюминиевого листа 5=1 мм, а у стального 5=0,5 мм, то эквидистанту выбираем с 5=0,75 мм. Расточку матрицы (и пуансона тоже) обычно проводят на карусельном станке с ЧПУ. Технолог-программист должен ввести программу, для составления которой требуется табличное или аналитическое задание траектории кончика резца. Если эквидистантность не учитывать, т.е. если пренебречь толщиной листового материала, то программисту необходимо задать параболическую образующую y=x2/4F.

Учет толщины даст такую аналитическую функцию

у=х2^ + d - d((x/2F)2+1)1/2, где начало координат выбрано на поверхности матрицы.

На рис.4 и 5 показан процесс изготовления матрицы и пуансона из поковок. Вращение карусели происходит вокруг оси у. И матрицу, и пуансон pizza-зеркала можно расточить не по программе, а по шаблону, который предварительно изготовлен аккуратным слесарем-инструментальщиком. Изготовление параболоидной поверхности - сложная операция, но это только полдела. Матрица после этой операции направляется на координатно-фрезерный станок с ЧПУ для расточки профиля отбортовки. На этом же станке должна быть сделана крышка. Если же Вы избрали метод вытяжки зеркала и на карусельном станке выполнили расточку параболоида на пуансоне, то после этого его можно переустановить на этом же станке и расточить в цилиндр с наружным диаметром 33 см. В оправку, где зажат предназначенный для вытяжки лист металла, он войдет именно как цилиндр, несмотря на то, что в раскрыве это строгий эллипс. Угол входа a=arctg(D/4F)= arctg 0,5=27°.

Если этот рассказ показался Вам слишком сложным, не смущайтесь и попытайтесь самостоятельно выполнить вычисления или слепить модель оснастки из куска пластилина. Учтите, что современный дизайн параболических антенн иногда предполагает круглый раскрыв, а не эллиптический, или ограничивает эллипс раскрыва квадратом, или слегка ровняет эллипс, ограничивая его по ширине или высоте. Сложность проектирования и изготовления оснастки тогда необычайно возрастает. Необходимо заметить, что и радиотехнические свойства зеркала при этом ухудшаются.

Теперь обсудим устройства подвески и держателя конвертера. Если Вы хотите сделать пластмассовый держатель (хомут) конвертера, обязательно выбирайте материал с высокой гарантированной климатической стойкостью. Конвертер весит до килограмма и стоит приличных денег. Разрушение держателя в течение срока эксплуатации (10-15 лет) должно быть полностью исключено. Если узел держателя конвертера закрепить на зеркале, то это будет экономично и надежно, но менее эстетично, чем консольный держатель, закрепленный на подвеске сзади зеркала.

Подвеска антенны должна обеспечивать ее настройку по азимуту и углу места и фиксацию в выбранном направлении. Очень важно, чтобы диапазон перемещения зеркала по углу склонения соответствовал стандартам эксплуатации: ось параболоида должна быть направлена вдоль поверхности, если антенна предназначается для МИТРИС. Если Вы предполагаете применение антенны для приема спутникового ТВ, то диапазон перемещения оси относительно горизонта, т.е. по углу места, должен быть увеличен. Угол места вершинного спутника зависит от широты местности в соответствии с формулой ф= arctg((cos^-0,1511)/sin^), где ф -угол широты местности. Конструкция подвески должна обеспечивать вариацию угла в интересах всех покупателей. Обратите внимание, настройку антенны по углу места нужно проводить с вертикальной опоры, например, с длинной вертикальной трубы. Хорошо, если Вы сочтете это требование очевидным, но оно очевидно не для всех. Вам, наверное, приходилось видеть прекрасные во всех прочих смыслах польские антенны MABO, которые застыли на наших крышах в самых экзотических позах. Они не позволяют настраивать луч параллельно поверхности Земли, если антенна закреплена на длинной вертикальной трубе.

Узел подвески должен быть прост и надежен. Когда Вы сделаете макет или опытный образец антенны, не забудьте пригласить бывалого антенщика: он сделает верное заключение относительно удачности конструкции подвески. Материал для подвески выбирайте толще и жестче, чем для зеркала; если Вы любите штамповку, то этот материал еще будет усилен зигами, при этом надо проследить, чтобы жесткие лапки крепления были касательны к зеркалу в месте их соединения, в противном случае деформация зеркала неизбежна: утрачивается внешний вид и ухудшается усиление. К сожалению, в продукции многих фирм есть этот очевидный недостаток. Касательность лапок на малой антенне можно подобрать практически, но это надо тщательно провести в документации и исполнить в оснастке. Если антенна больше, чем пицца, то геометрию лапок лучше сначала рассчитать.

Представьте себе, что на большом столе мы разграфили прямоугольную координатную сетку {х^}и положили на нее наше зеркало раскрывом вниз, причем положили так, что ось х1 совпадает с большой осью эллипса раскрыва, а точка x1=z1=0 приходится на начало большой оси в нижней части раскрыва. Будем считать, что ось y1 направлена вверх, она будет шкалой высот на параболической поверхности. Эта ситуация изображена на рис.6. Предположим, подвеска антенны содержит четыре лапки и Вам необходимо определить их наклон к плоскости стола. Поскольку параболоид криволинеен, то для каждого места крепления надо или задать два угла - вдоль оси х1 и вдоль оси z1, или указать направление наибольшей кривизны и дать угол наклона в этом направлении. Параболоид симметричен относительно оси х1, поэтому задачу достаточно решить для двух точек А и Б. Способ вычисления углов отработаем на примере точки (отверстия) А. Этот способ полностью основан на вычислении высоты y1. Для вычисления высоты точки А над поверхностью стола следует воспользоваться двумя формулами y1=(Dt-t2-z12)(16F2+D2)-1/2, где вспомогательный параметр t определяется как t= -8F2/D+1/2. Эти формулы приведены в общем виде, чтобы Вы могли их использовать когда угодно. В случае нашей антенны F=16,5 см и D=33 см, поэтому формулы упрощаются: y1=(33t-t2-z12)/73,8; t= -66+(43,56+147,6x1-z12)1/2. Остается надеяться, что многочисленные формулы не очень напрягли Вашу память понятиями из аналитической геометрии и математического анализа. Пусть они, наконец, поработают на малый бизнес! В заключение хочу напомнить то, что Вы уже знаете: честь надо беречь смолоду, а качество - с первых образцов. Поднимите планку качества максимально высоко и держите изо всех сил, потому что провокации к падению качества будут возникать каждый день. Наибольшие проблемы возникнут относительно качества лакокрасочных и гальванических покрытий. Подготовка поверхности зеркала к окраске должна быть лучше, чем "по технологии". Разумеется, надо беречь окрашенные детали при транспортировке и хранении. Это проблема Ваша, а не покупателя, так как испорченный внешний вид антенн может испортить Вам репутацию. Если Вы сможете сделать гальванику где-нибудь в "оборонке", то Вам повезло. Если же сделаете горячее цинкование - обойдете всех конкурентов. Чтобы не забывать о конкурентах, повесьте на участке польскую MABO, например, диаметром 0,6 м офсет (она маленькая), а рядом - свою антенну и каждый день смотрите на эту парочку глазами покупателя.

М.Б. Лощинин, г. Киев

На данном этапе, нам надо определить, примерный наклон зеркала нашей спутниковой антенны в вертикальной плоскости.

Можно конечно не вычислять данный параметр. Но, знание правильного наклона спутниковой антенны , избавит новичка, при неудачном поиске сигнала, от излишних предположений "правильно ли стоит антенна?". Например, если при настройке, Вы достаточно сильно отклоните зеркало антенны к верху (или к низу). Ведь Вы уже будет иметь визуальное представление, о том, как она должна стоять, и в любом случае, вернете зеркало спутниковой антенны в изначальное состояние, после чего, продолжив поиск.

Хотя, конечно, это не избавит от ручной настройки, но все равно, заметно облегчит весь процесс настройки спутниковой антенны (экономя при этом, еще и время).

Теперь давайте, вычислим, какой наклон будет у офсетного зеркала спутниковой антенны .

Наклон спутниковой антенны - расчет угла наклона

К сожалению, так как наклон спутниковой антенны , напрямую зависит от её диаметра и формы , для того чтобы вычислить этот наклон, увы... надо делать расчет по специальным формулам.

Я не хочу перегружать вашу голову, и так уже, достаточно большим количеством информации. Поэтому, здесь, предложу три способа:

Первый способ. Не делать сейчас ни каких вычислений. Во время настройки вертикального положения антенны, сначала, поставить её в вертикальное положение. Затем, постепенно опускать зеркало вниз (или поднимать), до появления сигнала со спутника. В принципе, так поступают все бывалые настройщики.

Второй способ . Обратить внимание, на угол наклона спутниковых антенн установленных по соседству, к примеру, на этом же доме, или балконах и крышах соседних зданий.

Третий способ . Чтобы сделать расчет угла наклона спутниковой антенны , для этого, использовать какую либо компьютерную программу.

Чтобы было более наглядно, для определения наклона антенны, я воспользуюсь той же программой "Satellite Antenna Alignment".

Для этого, запустим эту программу, и перейдем на вкладку «Офсетная антенна » (Фото 1 ).

В окошке выбора спутника, выставим тот, на который будет проведена . В данном случае, я выбрал спутник Express AM 22 (Фото 2 ).

Фото 2 Выбираем спутник, на который будет проведена настройка спутниковой антенны .

Выставим размеры зеркала вашей антенны, в ячейки «Ширина антенны », и «Высота антенны » (Фото 3 ).

Фото 3 Указываем размеры офсетного зеркала спутниковой антенны .

Как только мы впишем размеры антенны, возле расположенного ниже изображения, числовой показатель «Требуется наклон антенны », изменит свое значение. В моем случае он равнялся 73.20° (Фото 4).

Фото 4 Наклон спутниковой антенны .

Находясь на месте установки антенны, исходя из того, что, вставлять изначальное положение мы будем только визуально, наклон зеркала спутниковой антенны , проще измерять не от горизонтали, как это сделано в программе, а от полярной оси. Если выражаться более правильными словами, это будет угол деклинации (Declination angle) - то есть угол склонения зеркала спутниковой антенны (Рис 1 ).