Делаем своими рукамиСпутниковая антенна своими руками

Делаем своими руками. Самоделки. Схемы. Приборы.

Модераторы: Admin, KOSTEY, boom, Deputy Admin, suen, Мордовораторы

Аватара пользователя
Admin
Сообщения: 68793
Зарегистрирован: 27 июн 2011, 16:11
Пол: Мужской
Зодиак:: Овен
Страна:: Украина
Имя: Роман
Мой телевизор :: SHIVAKI - STV143M4 - MKII , JVC - - AV1401ABE , Liberton D-LED 3225 ABHDR
Мой ресивер:: STRONG 4450, Gi HD Mini, Trimax TR-2012HD plus (Т2), Vu+ Zero, Beelink W95 (2Гб/16Гб)
Мои спутники:: 4°W,5°E,13°E - ( Два штука ) + 36°E KУ
Благодарил (а): 4738 раз
Поблагодарили: 4284 раза

Спутниковая антенна своими руками

Сообщение Admin » 06 апр 2013, 16:08

[glow=red]Спутниковая антенна своими руками[/glow]
Заинтересовавшись приемом СТВ, радиолюбители, как правило, приобретают для этого готовый комплект аппаратуры. В него обычно входит параболическая антенна (ПА) небольшого диаметра (0.9...1,2 м).
Одним из первых шагов модернизации системы является приобретение антенны большего диаметра. Но антенны большого диаметра очень дороги, поэтому многие пытаются изготовить ПА в домашних условиях. В радиолюбительской литературе публиковались статьи об изготовлении ПА, например [1], но в них не учитывались некоторые факторы. Дело в том, что при конструировании антенн нужно учитывать параметры облучателя, входящего в состав конвертера. Данная статья направлена на систематизацию данных по конструированию ПА и применение их к имеющимся условиям.
Существует множество видов СВЧ-антенн - параболические, фазированные решетки, на основе линз Френеля и т.д. Применительно к условиям домашнего изготовления рекомендуются спутниковые антенны, ввиду простоты их изготовления.

Возможны два варианта исполнения ПА:
- путем выклейки на матрице;
- пайкой из медной проволоки и сетки (т.н. сетчатые антенны).


Каждая из антенн имеет свои достоинства и недостатки. К достоинствам первой относится простота контроля формы при изготовлении, ко второй - меньшие масса и парусность.

Прежде всего, нужно определить, какой облучатель имеется в наличии у радиолюбителя. Обратимся к рис. 1 и определим, какие параметры характеризуют антенну. Во-первых, это ее диаметр d (как правило, им и задаются в начале расчета). Наикратчайшее расстояние от фокуса антенны (в фокусе располагается облучатель конвертера, либо второе зеркало в случае двухрефлекторной системы) до рефлектора антенны называется фокусным расстоянием f. Глубина зеркала h - наибольшее расстояние от плоскости раскрыва рефлектора S до самого рефлектора антенны. Угол апертуры Ф - угол, под которым видна плоскость раскрыва зеркала антенны S из ее фокуса F. При этом они связаны следующими соотношениями
Изображение
Отношение f/d определяет параметры вашего облучателя. Обычно f/d лежит в пределах 0,3...0,5. Чем больше это отношение, тем меньше h и тем меньше расход материалов на изготовление ПА (при некоторой потере коэффициента усиления Ку). Если вы имеете облучатель с f/d=0,3 и хотите снизить расходы, то приобретите облучатель с f/d=0,5, а лучше всего приобрести облучатель с изменяемым f/d.
Изображение
Сначала по формуле (2) вычисляют зависимость у от х (принимающего значения от 0 до d/2) и составляют таблицу. Получившиеся значения переносят на миллиметровку и строят параболу. Далее ее наклеивают на лист стали толщиной 5 мм и выпиливают по линии параболы. Таким образом получается нож (необходимо строго соблюдать его форму, т.к. от этого в большой мере зависит конечный результат и качество ПА). Затем, в соответствии с рис. 2, следует подобрать стержень 2 и подшипник 1 подходящих размеров (3 - нож). При этом нож укорачивают на половину диаметра стержня 2 и приваривают к нему соосно. В соответствии с рис. 3 изготавливают каркас из стального прутка диаметром 8...10 мм (сваркой). При этом ребра 2 приблизительно выгибают по ножу. В вершину каркаса вваривают подшипник.

Устанавливают каркас на ровной площадке, при этом под подшипник 1 (рис. 3) необходимо вертикально установить трубу 4 с внутренним диаметром, большим, чем диаметр подшипника 1. Все пространство под каркасом заполняется щебнем или битым кирпичом.

Установив на подшипник шайбу 4 (рис. 2) диаметром, чуть большим, чем диаметр подшипника, и высотой, равной толщине будущей ПА (например, для ПА диаметром 2 м толщина равна 25 мм), вставляют в подшипник нож. Замешивают бетонный раствор цемент-песок до густой консистенции, накладывают его на каркас и выравнивают ножом. Высушивают полученную матрицу в течение 3...5 суток. На третьи сутки (при сухой погоде) затирают образовавшиеся трещины алебастром и зачищают наждачной бумагой, контролируя качество поверхности ножом. Следует заметить, что если вы планируете использовать матрицу неоднократно, поместите между ней и землей два-три слоя рубероида, чтобы она не разрушалась от влаги. Также не советую использовать рекомендацию из [2] по изготовлению матрицы из глины, т.к. этот материал при просушке дает много трещин, и полученная матрица недолговечна.
Далее приступают к выклейке антенны. Существует множество способов выполнения этого процесса. Приведем несколько советов. Во-первых, если вы выклеиваете антенну большого диаметра, то помните три недостатка, присущие ей - большой вес, сопротивление ветру и невысокую прочность. Для упрощения изготовления поделите антенну (точно) на 6...8 секторов (при этом учтите форму их соединения, скрепления). В этом случае матрицу также можно сделать в виде сектора, но все же предпочтительней изготовить ее полностью, т.к. на ней можно будет выклеивать офсетные антенны. Для прочности увеличьте толщину рефлектора и армируйте его радиальными ребрами из стальной проволоки.

В качестве материала для выклейки ПА обычно берут стеклоткань, нарезанную полосами, и эпоксидный клей. Можно воспользоваться методикой, описанной в [1], несколько упростив ее. Сначала на вымытую с мылом матрицу наносят разделительную смесь, в качестве которой используют автомобильное масло (лучший результат получается, если перед этим натереть матрицу ровным слоем мастики для паркета). В шайбу 4 (рис. 2) плотно вставляют трубу, на которую неплотно надевают другую шайбу из дюралюминия, высота которой равна толщине рефлектора. Далее наносят слой смолы (не повредив разделительную смесь) и накладывают куски стеклоткани, разглаживая их и убирая пузырьки воздуха. Конечно, желательно использовать металлизированную стеклоткань, но можно использовать и обыкновенную, ввиду малодоступности первой. В дальнейшем (после изготовления) необходимо оклеить рефлектор кусками алюминиевой фольги, вырезанными секторообразно.

Все же первый вариант, с армированной стеклотканью, предпочтительней из-за лучшего качества поверхности. Другой вариант формирования токопроводящей поверхности состоит в нанесении на отражающую поверхность ПА красок, в состав которых входят металлопорошковые основания (серебрянка и т.п.).

Доведя толщину рефлектора до требуемых размеров, приформовывают гайки для его крепления. Можно также раму, к которой крепится рефлектор, приварить к радиальным ребрам жесткости, которыми крепится рефлектор. Рефлектор также можно крепить болтами через сквозные отверстия, просверленные в ПА после ее высыхания. Антенны небольшого диаметра можно изготавливать из папье-маше (идея была подсказана Р.К. Гайдиновым). В качестве наполнителя берутся газеты. Их замачивают в воде и пропускают через мясорубку. Добавляют в полученную массу обойный клей в качестве связующего материала. Полученную смесь наносят на матрицу (предварительно нанеся на нее разделительную смесь) и выравнивают ее шпателем, формируя нужную поверхность. После высыхания антенну снимают и покрывают токопроводящим слоем и несколькими слоями нитрокраски для защиты ПА от атмосферных осадков. Вместо газет можно использовать ткань, как описано в [2], формируя ПА как и в случае со стеклотканью, используя в качестве связывающего материала обойный клей.

Второй вариант ПА (сетчатый) описан в [3]. Для нее изготавливают шаблон (рис. 4), параметры которого рассчитывают по формуле (2). По нему изгибают радиальные параболы из толстой медной проволоки. Толщина проволоки выбирается исходя из диаметра антенны. Например, для антенны диаметром 1,5 м берут проволоку диаметром 4...5 мм. Также необходимо изготовить круговые пояса. Диаметр поясов меняется с шагом 10...30 см. Места пайки поясов к радиальным параболам вычисляются по формуле (1). После изготовления каркаса его обтягивают мелкоячеистой медной сеткой, которую припаивают к нему. Следует заметить, что чем больше диаметр ПА, тем толще провод, из которого ее изготавливают, и тем труднее его паять (при использовании провода диаметром больше 7 мм желательна контактная сварка).
Изображение
Следующий шаг - изготовление опорно-поворотного устройства (ОПУ). Все ОПУ делятся на два вида: азимутально-угломестные и полярные.
Первый тип проще в изготовлении, так как использует лишь две регулировочные оси (при перенастройке со спутника на спутник используются обе). Первая ось -азимутальная, и ее угол вычисляется по формуле
Изображение
Если вы направите антенну строго на юг, то для настройки на заданный спутник по азимуту вам необходимо от А отнять 180°. Если угол будет положительным, антенну смещают на величину этого угла в западную сторону; если отрицательный - в восточную.
Угол расположения угломестной оси 2 (рис. 5) вычисляется по формуле
Изображение
Конструкция подвески произвольная. Размеры ее зависят от диаметра антенны. Например, для антенны диаметром 1,2 м ОПУ изготавливают в соответствии с рис. 6.

Указанный тип ОПУ используется в основном с офсетными ПА и прямофокусными ПА малого диаметра. Так как антенны большого формата имеют больший вес, их неудобно перестраивать относительно двух осей. Поэтому для них используют другой тип ОПУ -полярный (рис. 7). В нем имеется четыре оси вращения - А (1), УМ (2), полярная (3) и корректирующая (4). Для ориентирования антенны необходимо, чтобы плоскость, которой принадлежат полярная ось и ось рефлектора, лежала в плоскости азимутальной оси 1 и направления на юг, отмеченного в истинный полдень. Для определения направления вбивают в землю небольшой штырь, и каждые 20...30 минут отмечают положение тени, отбрасываемой штырем. Наикратчайшее расстояние от конца штыря, вбитого в землю, до линии, пройденной тенью конца штыря, и является направлением на юг.

Далее устанавливают угол оси УМ (2) равным географической широте места приема в градусах. Устанавливают угол К корректирующей оси (4)
Изображение
Затем полярную ось (3) поворачивают на угол
Изображение
Как можно заметить, в случае полярной подвески для перестройки со спутника на спутник используется только полярная ось (что и дало название этому типа ОПУ). Следовательно, упрощается перенастройка антенны. Диапазон перестройки лежит в пределах ±40° относительно южного направления. Но за простоту в эксплуатации платят усложнением механизма ОПУ.
На рис. 8 приведен один из многочисленных вариантов полярной ОПУ.
Изображение
Размеры указаны для ПА диаметром 2 м. К трубе 1 приваривается фланец 2. Сверху надевается фланец 3, который свободно вращается вокруг своей оси. В фланцах имеются отверстия 4 для их взаимной фиксации. К верхнему фланцу приваривают две трубы 5 диаметром 40 мм и длиной 60 см. К этим трубкам двумя болтами крепится труба 6 длиной 80 см. К трубе 6 приваривают две трубы 7 диаметром 40 мм и длиной 25 см. К трубам 7 крепится трапеция 8 посредством винтов 12 (трапеция изготавливается из труб диаметром 25...32 мм). К трапеции посредством скоб 9, 10 (очень прочных) крепится рефлектор антенны, при этом в нижнюю трубу трапеции вставляют штифт с резьбой на концах, а скобу 10 крепят к верхней трубе трапеции посредством винтов 11, которыми регулируется корректирующий угол. Угломестная и полярная оси регулируются с помощью тальрепов (на рисунке не показаны для упрощения). Важно расположить их таким образом, чтобы они были доступны и не мешали доступу к конвертеру, имеющему обратноотражающий облучатель.
Не советую приспосабливать всяческие позиционеры, актуаторы и другие средства дистанционной настройки, применение которых оправдано лишь в случаях использования малоформатных ПА. При изготовлении ПА необходимо обеспечить минимальный люфт всех соединений, т.к. болтанка антенны на ветру плохо сказывается на приеме, а также приводит к быстрому разрушению ОПУ.

Для крепления конвертера к антенне в соответствии с рис. 9 в рефлекторе сверлят три отверстия. Изготавливают из дюралюминия кольцо 1 с внутренним диаметром, равным диаметру шейки конвертера. Кольцо может состоять из двух частей, соединяемых между собой болтами. В кольце сверлят три отверстия 3 и нарезают в них резьбу. Из дюралюминия (трубок) изготавливают три штанги 2. Размер их подбирается так, чтобы кольцо 1 отстояло от точки фокуса F на 2...3 см. На концах штанг нарезают резьбу и ввинчивают их в кольцо 1, а затем их крепят к рефлектору 4.


Коэффициент усиления полученной антенны рассчитывается по формуле
Изображение
где Q - коэффициент использования поверхности (КИП), для большинства типов облучателей Q=0,4...0,7 (обычно 0,6); L - длина принимаемой волны.

В таблице сведены данные о Ку антенн трех диаметров на наиболее используемых диапазонах (Q=0,6).
Как мы видим, чем выше частота, тем больше Ку антенны. Но при существующем положении (спутники имеют приблизительно равную эффективную излучаемую мощность) при различном затухании сигналов на трассе спутник - Земля (на более высоких частотах затухание больше) результирующий сигнал на входе приемника на разных диапазонах приблизительно одинаков.
Интересен и тот факт, что в каталогах многих фирм, торгующих ПА, указаны явно завышенные Ку. Можете проверить самостоятельно, посчитав КУ по вышеприведенной формуле.
Изображение
Из таблицы также видно, что на низких частотах применение ПА нецелесообразно из-за более низкого по сравнению с антенными фазированными решетками Ку.

Приведу несколько советов.
1. Чем больше диаметр ПА, тем уже ее диаграмма направленности, поэтому рядом с большой антенной желательно установить антенну маленького диаметра и настроить ее на спутник, имеющий максимальный уровень сигнала в вашей местности. Затем, заметив приблизительное направление на спутник, направить в том же направлении большую антенну. Приняв сигнал, откорректировать положение облучателя в фокусе антенны по наилучшему приему изображения слабых каналов.
Можно еще больше упростить перенастройку большой антенны, укрепив маленькую на ее краю таким образом, чтобы оси вращения ПА 1, 2 (рис. 10) были параллельны. В схему крепления малой антенны необходимо ввести корректирующие винты, для предварительной установки параллельности осей антенны. Приняв сигнал маленькой антенной, переключаются на большую.
Изображение
Для точной настройки на спутник (даже имеющий очень малый сигнал) очень удобно применять специальные детекторы, схемы которых публиковались в радиолюбительской литературе. Также для этой цели можно использовать анализатор спектра (на диапазоне от 1 до 2 ГГц), подав сигнал от конвертера через разделительный конденсатор. При этом не следует забывать подать на конвертер напряжение питания +14 В.
2. Необходимо тщательно заземлять антенну и конвертер во избежание выхода из строя аппаратуры во время грозы (судя по статистике, это случается довольно часто). Для этого наматывают на разъем, соединяющий кабель с конвертером, 2...3 витка провода диаметром 1,5...2 мм и заземляют его. Таким же проводом заземляют (отдельно и параллельно на один контур) металлическую поверхность антенны и ОПУ.



3. Не забывайте, что чем больше диаметр антенны, тем больше ее сопротивление ветру, поэтому необходимо предусмотреть меры по защите антенны и ОПУ от ветровых нагрузок. Используйте для изготовления ОПУ качественный стальной прокат. К примеру, если для метровой ПА требуется несущая труба диаметром 32...40 мм, то для двухметровой - 120...150 мм. Если имеется возможность, установите антенну так, чтобы ее с тыльной стороны защищала стена. По возможности избегайте установки антенны на высоте.
В заключение хочу отметить, что в данной статье описана лишь малая часть антенных систем.
Привет. Приглашаем Вас зарегистрироваться для качественного просмотра каналов через шаринг Sat Biling.Sat Biling - Качественный шаринг просмотр.

Аватара пользователя
Admin
Сообщения: 68793
Зарегистрирован: 27 июн 2011, 16:11
Пол: Мужской
Зодиак:: Овен
Страна:: Украина
Имя: Роман
Мой телевизор :: SHIVAKI - STV143M4 - MKII , JVC - - AV1401ABE , Liberton D-LED 3225 ABHDR
Мой ресивер:: STRONG 4450, Gi HD Mini, Trimax TR-2012HD plus (Т2), Vu+ Zero, Beelink W95 (2Гб/16Гб)
Мои спутники:: 4°W,5°E,13°E - ( Два штука ) + 36°E KУ
Благодарил (а): 4738 раз
Поблагодарили: 4284 раза

Спутниковая антенна своими руками

Сообщение Admin » 06 апр 2013, 16:30

[shadow=blue]Изготовление параболической антенны[/shadow]
В промышленных условиях параболоид вытягивается из дюралюминиевого или стального листа с помощью мощных гидравлических прессов. К другой разновидности относятся параболоиды, изготовленные из пластических масс методом литья с последующей металлизацией поверхности напылением. В любительских условиях использовать оба метода
Изображение
практически невозможно. Однако в специальной литературе неоднократно были описаны достаточно простые технологии изготовления самодельных параболоидов методом выклейки стеклотканью по шаблону с последующей оклейкой металлической фольгой. В тех же источниках приведены готовые таблицы вычисленных координат параболы одного определенного параметра, что позволяет избавиться от несложного, но громоздкого расчета. Если окажется, что целесообразно использовать параболу с другим значением параметра, такой расчет можно выполнить по формуле (6.1).
Можно доверить расчет параболоида и электронно-вычислительной машине (ЭВМ). В табл. 6.1 приведен результат расчета самой выгодной формы параболоида, сделанный с помощью ЭВМ. Здесь значения абсциссы Х (согласно рис. 6.9) заданы через 5 мм в интервале 0...1000 мм. Соответственно значениям Х в средней колонке приведены значения ординат Y. Результаты расчетов параболоида Yinv по значениям Х и Y приведены в правой колонке. Расчет сделан для фокусного расстояния 750 мм, которое обычно выбирается в пределах 0,2...0,4 от диаметра параболоида.
По координатам (табл. 6.1) из стального листа толщиной 4...5 мм изготавливается лекало-шаблон (рис. 6.10). К нему прикручиваются угольники (ребра) жесткости. Приваривать их к шаблону с помощью сварки нежелательно, так как при охлаждении металла могут нарушиться размеры лекала.
Изображение
Лекало закрепляется в точке А на мощном поворотном устройстве (рис. 6.11) на конических подшипниках. Одна обойма подшипника закрепляется к полу (6), а другая — к потолку (3). Соединяются они с помощью оси, в центре которой установлено лекало. Оно находится на расстоянии 70...80 мм от пола (если шаблон разместить ниже, то неудобно будет работать).
Пространство от пола до лекала заполняется кирпичами или камнями, а верхний слой изготавливается из армированного стальным проводом бетона.
Изображение
Изображение
Изображение
Изображение
Поворачивая шаблон, выравнивают верхний слой раствора. Добавляют немного сильного раствора, который состоит из цемента и мелкого гравия с песком (1:1). Перед смешиванием песок желательно просеивать через сито. Пo мере усадки нижнего слоя периодически добавляют новый раствор. Бетонная глыба имеет обратную форму параболы, поэтому она должна быть сделана с точностью до 0,5 мм.
Через одну-две недели поверхность глыбы шлифуют наждачной бумагой и покрывают парафином, устраняя небольшие неровности. Затем всю поверхность обмазывают воском или маслом и легко полируют. После такой обработки форма готова для формирования первой антенны-параболы.
Изображение
Изготавливать форму-глыбу из гипса нежелательно, так как он очень быстро застывает. Форму можно делать из дерева (фанерных шайб), однако это более трудоемко. Подготовив форму, лекало и ось удаляют из центра. Следующий этап — наклейка антенны.
В качестве арматуры для антенны используют стеклоткань или другую плотную и гладкую ткань. Парабола клеится эпоксидной или полиэфирной смолой, или синтетическим столярным клеем. Клеящее вещество наносят тонким слоем на бетонную форму с помощью кисточки или пульверизатора. При этом эпоксидная смола должна быть перемешана с отвердителем. В этот раствор желательно добавить заполнитель, который предупреждает стекание смолы (например, мелко нарезанный порошок пенопласта). Затем на бетонную форму накладывают первый слой ткани (лучше цельный кусок на всю поверхность). Снова намазывают клей и накладывают второй слой, но уже из более грубой ткани. Так, не давая засохнуть нижним слоям, накладывают 3...5 слоев ткани.
Затем приступают к изготовлению восьми радиальных и двух окружных ребер жесткости. Первое окружное делают по краю антенны, второе (диаметром примерно 1000 мм) — накладывают посередине. Ребра жесткости делают из пластин пенопласта, ширина и высота которых равна 100 мм, длина — 300 мм. Куски пенопласта приклеивают по окружности и радиусам. Через окружное ребро твердости заворачивают лишние края ткани и тем самым формируют красивый бортик антенны.
Радиальные и центральные ребра жесткости оклеивают двумя-тремя слоями стеклоткани. В перекрестьях радиальных ребер с центровым необходимо вклеить кусочки дерева размером 50 х 50х 50 мм. На следующем этапе к ним будет крепиться антенна с площадкой поворотного механизма.
Металлические детали и ребра жесткости заклеивать в конструкцию антенны нежелательно, так как у металла и эпоксидной смолы разные коэффициенты расширения. После отвердения клея, через сутки-двое, антенну снимают с формы, обезжиривают поверхность и начинают самую ответственную операцию — оклейку фольгой отражающей поверхности. Зеркало параболы изготавливают из полосок алюминиевой фольги, которую приклеивают только медленно засыхающим клеем БФ-2. Ширину фольги подбирают экспериментально. Наклеивать полоски нужно очень аккуратно: чем меньше складок, тем лучше будет отражение принимаемого сигнала. В процессе клейки фольги следует быть осторожным, так как можно порезать пальцы.
В фокусе осесимметричной антенны устанавливают конвертер. Чтобы неподвижно поддерживать его в этой точке, в конструкции антенны предусматривают дополнительное приспособление (рис. 6.12). Приспособление для крепления головки изготавливают из трех дюралюминиевых трубок, которые прикручивают к металлической шайбе с отверстием в центре для головки. По краям параболической антенны трубки закрепляют уголками. Точки крепления дюралюминиевых трубок размещают через 120° по поверхности антенны.
Необходимо точно вычислить и затем обозначить крестиком центр параболоида. Параболоид устанавливают строго горизонтально и отвесом центрируют центр фокусной шайбы на трех дюралюминиевых трубках. Шайба должна находиться за фокусом на расстоянии 3...5 см от действительного фокуса. Это необходимо для свободного движения конвертера, настройки на наибольший сигнал.

Форму для выклейки параболических антенн меньшего диаметра (1,0..Л,2 м) можно сделать другим способом. Рекомендуется такая последовательность изготовления формы.
Из стальной проволоки диаметром 4...5 мм делают каркас (рис. 6.13: точками обозначены места сварки элементов каркаса). Меридиональные (продольные) ребра каркаса предварительно изгибают по простейшему шаблону из толстой фанеры. Кривую для изго-
Изображение
товления шаблона можно построить на миллиметровой бумаге как эквидистанту(равноотстоящую) с зазором 20...25 мм относи тельно профиля па раболоида, рассчи танного по фор муле (6.1) при фо кусном расстоянии F = 450 мм. Затем каркас обтягивают мелкоячеистой сет кой, закрепив ее проволокой.
Далее изготав ливают лекало-шаб лон (рис. 6.14) из листового дюралю миния или стали толщиной 4...5 мм;
ось — из латуни или дюралюминия; втул ку — из стали. Отверстие во втулке и ось шаблона изготавливают с допуском, обеспечивающим скользящую посадку по второму-третьему классу. Например, при диаметре оси 30 мм допуски для втулки и оси равны соответственно +0,021 и - 0,021 мм.

Перед заливкой горки в каркас вставляют соосно и фиксируют втулку шаблона (рис. 6.15). Каркас заливают раствором из малоусадочного цемента или смесью песка с жидким стеклом. При этом необходимо дать возможность схватиться нижним слоям раствора. Толщина купола готовой формы не должна превышать 20...25 мм, иначе она будет долго сохнуть. Верхний слой купола формируют, соскабливая шаблоном лишний, не совсем застывший раствор (рис. 6.16).
После высыхания формы в течение нескольких дней на ее поверхности могут появиться тре


щины. Их замазывают раствором эпоксидной смолы с наполнителем и снова выравнивают шаблоном. После полного высыхания поверхность зачищают мелкой наждачной бумагой.
6.3. Плоские и сферические спутниковые антенны
В настоящее время в спутниковом непосредственном телевизионном приеме (СНТП) в качестве антенн наиболее широко применяются два основных параболоида вращения:
осесимметричный и офсетный. Трудоемкость изготовления параболического отражателя вынудила искать альтернативные конструкции антенн, более технологичных в производстве и самостоятельном изготовлении. К таким конструкциям относится плоский зональный отражатель Френеля (рис. 6.17).
Огюстен Жан Френель (1788—1828), французский физик, один из основателей волновой оптики, в процессе изучения дифракции света использовал метод разделения фронта волны на кольцевые зоны, названные впоследствии его именем.
Зональная антенна Френеля (ЗАФ) по принципу действия существенно отличается от обычно используемых антенн, содержащих в основе параболический отражатель. Описание антенны и методика ее расчета составлены В. Никитиным (Москва) и автором данной книги.
Антенный отражатель Френеля представляет собой проводящие концентрические кольцевые поверхности, расположенные в одной плоскости. Под воздействием падающей волны электромагнитного поля согласно принципу Гюйгенса каждое кольцо становится источником вторичного излуче-
Изображение
ния, которое направлено в разные стороны в отличие от параболоида вращения, отражающего все лучи в направлении фокуса. Можно подобрать такую ширину каждого кольца зональной антенны и расстояние между ними, чтобы сигналы вторичного излучения от средних линий каждого кольца в определенной точке пространства совпадали по фазе. Для этого достаточно, чтобы расстояния между средними линиями колец и указанной точкой отличались на длину
волны сигнала — lв. Эту точку по аналогии с параболоидом можно назвать фокусом. В фокусе, как и в параболической антенне, находится облучатель.
На рис. 6.18 показано сечение (вид сбоку) верхней части центрального диска антенны и первого кольца. Если в качестве фокуса выбрана точка, которая находится на расстоянии f от плоскости с кольцами, то сигналы, излученные серединами колец, будут совпадать по фазе в фокусе при следующих значениях расстояний между краями колец и фокусом:

Сигналы, излученные серединой колец, оказываются в фазе с сигналом, излученным центром диска. Расфазировка между сигналами, излученными кромкой диска и его центром, а также кромками колеи и их серединой, составляет всего 1/4 длины волны.
Таким образом, расчет ЗАФ сводится к выбору места расположения фокуса F на воображаемой оси антенны, т. е. расстояния f от полотна антенны, и вычислению внутренних и наружных радиусов колец в зависимости от длины волны л, ретранслятора по формуле (6.2). Расстояние f не критично
и его выбирают в пределах 500...1000 мм (для антенн больших диаметров).
Сигналы, которые излучают края колеи, отличаются по фазе от сигналов, которые излучает окружность (находится в середине кольца), обеспечивающая синфазность. Широкие кольца обеспечивают широкополосность антенны. В связи с тем, что радиусы колеи ЗАФ зависят от длины волны сигнала, может показаться, что антенна является узкополосной и для каждой частоты (или длины волны) спутникового транспондера понадобятся соответствующие размеры колец. Однако расчеты показывают, что это не так.
Если радиусы колец рассчитаны для средней частоты диапазона 10,7...11,7 ГГц (длина волны 26,8 мм) или 11,7...12,5 ГГц (длина волны 24,8 мм), то для минимальной и максимальной частот диапазонов те окружности, которые соответствуют равенству фаз сигналов, будут располагаться на поверхности колец.
В табл. 6.2, 6.3 приведены результаты расчета размеров ЗАФ для указанных диапазонов частот. В формулу (6.2) последовательно подставляли в качестве значения n орядковые номера радиусов (четные номера соответствуют внутренним радиусам, нечетные — наружным, a r1— радиусу центрального диска). Расстояние f от центрального диска до фокуса F выбрано равным 1000 мм. Ширина колец уменьшается равнозамедленно. Радиолюбителю не обязательно изготовлять ЗАФв полном объеме. В случаях, когда в месте приема используется параболическая антенна диаметром 90 см, в конструкции ЗАФ можно ограничиться пятью кольцами (пятому кольцу соответствуют радиусы г10 и r11). При этом для диапазона частот 10,7...11,7 ГГц диаметр ЗАФ равен 1098 мм, для 11,7...12,5 ГГц — 1024 мм.
Если рассчитать радиусы колеи для средней длины волны всего вещательного диапазона Ки (10,7...12,75 ГГц), на его краях эти «синфазные» окружности выходят за пределы поверхности колец. Поэтому на краях такого широкого диапазона синфазного сложения сигналов не получается.

В результате расчета получают радиусы «синфазных» окружностей, где п—номер кольца. Центральному диску соответствует n = 1. Ширину выбирают произвольно. На практике можно изготовить центральный диск радиусом 50 мм, а ширину каждого кольца взять равной 20 мм. В этом случае синфазная окружность находится примерно в середине кольца.
Зональная антенна плоская по форме, поэтому она значительно технологичнее в любительских условиях изготовления. Такая антенна может быть выполнена из большого куска фольгированного пластика или методом травления, или путем вырезания промежутков между кольцами. Ее также можно изготовить наклейкой колец из фольги или ровной жести на лист гетинакса, текстолита, оргстекла, древесно-волокнистого полотна (ДВП). Для снижения ветровой нагрузки в диэлектрическом основании антенны просверливают произвольное количество отверстий.
Основным недостатком зональной антенны по сравнению с параболической такого же диаметра является меньший коэффициент усиления, так как не вся энергия сигнала, попадающая на полотно антенны, направляется к облучателю. В условиях слабого сигнала потеря усиления даже на 2 дБ приводит к поражению сигнала шумами и потере цветности. Для компенсации недостатка коэффициента усиления ЗАО необходимо увеличивать диаметр полотна антенны, хотя при достаточной мощности спутникового ретранслятора и больших углах места (меньше влияют тепловые шумы Земли) для данной точки приема такая антенна обеспечивает хорошие результаты.
Закрепить конвертер в фокусе ЗАФ можно тем же способом, что и для прямофокусной параболической антенны (см. рис. 6.12).
Ряд зарубежных фирм производит плоские антенны, которые представляют собой систему из большого количества излучателей (простейших полуволновых вибраторов). Они расположены во много рядов и этажей, соединенных между собой фидерными линиями. Такая конструкция плоской антенны называется антенной решеткой (АР).
Точки питания вибраторов в этажах и рядах соединены таким образом, что принятые каждым вибратором сигналы складываются в фазе. В точках питания АР мощность сигнала равна сумме мощностей, принятых всеми вибраторами. В
этих же точках находятся входные клеммы приемной части устройства (конвертера), куда поступает принятый решеткой суммарный по мощности сигнал.
Например, для частоты 12 ГГц синфазная решетка состоит из 2304 полуволновых вибраторов, размешенных в 48 рядов и 48 этажей. Такая решетка имеет размеры 600 х 600 мм, ширина ее диаграммы направленности в обеих плоскостях по половинной мощности составляет 4,2° без учета ее сужения за счет диаграмм направленности вибраторов. Конструктивно решетку можно выполнить известным печатным способом путем травления фольгированного пластика. Однако фольгированные гетинакс или текстолит, даже стеклотекстолит непригодны из-за чрезмерно больших потерь в диапазоне сантиметровых волн. Наполнитель стеклотекстолита (стекловолокно) характеризуется хорошими электрическими свойствами, но связующее звено, которым является фенолформальдегидная смола, в этом диапазоне имеет чрезмерно большое значение угла потерь tgВ. Лучше использовать фторопласт или ударопрочный полистирол, а также органическое стекло.
Плоские антенны очень технологичны в производстве, а синфазная решетка имеет дополнительные преимущества по сравнению с зональной антенной Френеля, так как не нуждается в облучателе и ее выходные клеммы можно расположить в плоскости самой антенны. Сложность использования синфазной решетки заключается в необходимости такого соединения вибраторов с клеммами антенны, чтобы принятые всеми вибраторами сигналы поступали к выходу антенны с одинаковой фазой.
Фирма «Blaupunkt» выпускает квадратную планарную антенну, в которой вибраторы расположены в одной плоскости (рис. 6.19). Радиоволны через диффузное (пористое) синтетическое покрытие попадают на металлические элементы-облучатели, напыленные на тонкопленочные подложки. Алина этих элементов кратна длине волны принимаемого сигнала и все они синфазно подключены к направленным на конвертер собирательным шинам, которые сведены к центру квадрата.
При соответствующих размерах синфазной АР и количестве вибраторов коэффициент усиления такой плоской решетки может быть не ниже, чем у антенны с параболическим отражателем. Это связано с тем, что у синфазной решетки узкая диаграмма направленности, так как в фазе складываются только сигналы, поступающие к решетке перпендикулярно ее плоскости.
Кроме того, достоинствами плоских антенн являются возможность их изготовления методами печатного монтажа,

что обеспечивает высокую воспроизводимость параметров;
снижение на 10...30% ветровой нагрузки по сравнению с параболическими антеннами; простота перевозки, хранения
и установки.
Если фазы всех излучателей плоской АР равны, то суммарный луч диаграммы направленности расположен перпендикулярно плоскости антенны (рис. 6.20).
Однако если ввести в фидерные линии синфазной АР фазовращатели (ФВ) и менять фазу сигнала в каждом излучателе, то в определенном (заданном) направлении сигналы придут в фазе и усилят друг друга. Такая антенная
решетка называется фазированной (ФАР). Диагональ антенны расположена перпендикулярно поверхности земли (рис. 6.21; 6.22).
В технологии решетки заложена возможность установки управляемых ФВ одновременно с излучающими элементами. В устройстве фазовращателя используются полупроводниковые диоды, или варакторы.
В зависимости от количества принимаемых с различных спутников программ количество ФВ может равняться 12 или 24. Система фазоврашателей из 12 диодов может вести прием в секторе ±8°, система из 24 диодов — в секторе ±16°.
В фазоврашателях используют интегральные микросхемы (ИМС). Таким образом, возможна распайка ФВ на той же печатной плате, где вытравлены излучатели.
В настоящее время внимание к АР значительно возросло в связи с достижениями в области изготовления печатных плат и созданием новых высококачественных диэлектрических материалов с малым углом потерь. Относительная простота их изготовления в заводских условиях обеспечивает производство большого количества антенных элементов и всех фидерных линий в едином технологическом цикле.
Отличием ФАР от используемых сегодня параболоидов вращения является микросекундное переключение луча на нужный спутник, в то время как в электромеханических системах с параболическим зеркалом этот процесс занимает десятки секунд и даже несколько минут.
Конвертер, прикрепленный к обратной стороне плоской печатной антенны, не затеняет апертуру. Невосприимчивость к воздействию прямых солнечных лучей, ветра и дождя гарантирует качественную работу конвертера в сложных климатических условиях.
Плоская форма и сравнительно небольшие габариты антенны (например, 65 х 65 см) не нарушают эстетичного внешнего вида здания и при ее установке не требуют согласования с архитектурными организациями.
Внедрение ФАР открывает новые, удобные для пользователя режимы работы (автопоиск спутников с последующим запоминанием координат и мгновенное переключение на нужный спутник), что в свою очередь позволяет использовать их в СНТВ, устанавливаемых на подвижных объектах.
Сегодня эксплуатируется еще один вид спутниковой антенны — сферическая спутниковая антенна. Она имеет оригинальную конструкцию: шарообразная линза из диэлектрика, фокусирующая сигнал со спутника на концентрическую с фокальной плоскостью (рис. 6.23).
Изображение
Работа антенны аналогична процессу видения боковым зрением. Ведь мы видим не только то, что находится перед нами, но и в значительном секторе как по горизонтали (90...940), так и по вертикали (70...770).
По конструкции сферическая антенна напоминает планету Сатурн, на поясе (кольце) которой (фокальная плоскость) укреплено несколько конвертеров. Сферическая антенна многоспутниковая. Это означает, что на одну такую антенну одновременно можно принимать сигналы нескольких спутников, находящихся на разных позициях ГСО. При этом необходимо установить на кольце сферической антенны конвертеры для каждого выбранного спутника.
Одна сферическая антенна диаметром 1,0...1,5 м может заменить семь-восемь параболических антенн соответствующих размеров, охватывая по азимуту сектор до 90...1250 и по углу места — 40...600.
Следует отметить, что сферическая антенна не требует позиционера и опорно-поворотных устройств (ОПУ).
Экспериментальные образцы сферических антенн производят ряд зарубежных фирм и российская фирма «Конкур».
Привет. Приглашаем Вас зарегистрироваться для качественного просмотра каналов через шаринг Sat Biling.Sat Biling - Качественный шаринг просмотр.

  • Похожие темы
    Ответы
    Просмотры
    Последнее сообщение

Вернуться в «Делаем своими руками»