Fabuła [ | ]

Pierwsza antena paraboliczna zaprojektowana przez Heinricha Hertza

Antena paraboliczna została wynaleziona przez niemieckiego fizyka Heinricha Hertza w 1887 roku. Hertz używał cylindrycznych reflektorów parabolicznych do wzbudzania anten dipolowych podczas swoich eksperymentów. Antena miała aperturę o szerokości 1,2 metra i była używana na częstotliwości około 450 MHz. Odbłyśnik został wykonany z blachy ocynkowanej. Dzięki dwóm takim antenom, jednej nadającej i jednej odbierającej, Hertz z powodzeniem zademonstrował istnienie fal elektromagnetycznych, które Maxwell przewidział 22 lata wcześniej.

Zazwyczaj w antenach reflektorowych szersza charakterystyka promieniowania wsadu jest przekształcana w wąską charakterystykę promieniowania samej anteny.

Krawędź lustra i płaszczyzna Z tworzą powierzchnię zwaną otworem lustra. W tym przypadku promień R nazywany jest promieniem otwarcia, a kąt 2ψ nazywany jest kątem otwarcia lustra. Rodzaj lustra zależy od kąta otwarcia:

• jeśli< π/2 - зеркало называют мелким или длиннофокусным;
• jeśli ψ > π/2 - głębokie lub krótkie ogniskowanie,
• jeśli ψ = π/2 - średnia.

Ognisko zasilania antenowego może znajdować się w ognisku zwierciadła F lub być przesunięte względem niego. Jeśli ognisko promiennika znajduje się w ognisku anteny, nazywa się to ogniskiem bezpośrednim. Anteny z bezpośrednim ogniskowaniem występują w różnych rozmiarach, natomiast anteny jesienno-symetryczne, których sygnał nie znajduje się w ognisku zwierciadła, zwykle nie przekraczają 1,5 m średnicy. Takie anteny są często nazywane antenami offsetowymi. Zaletą anteny offsetowej jest wyższy zysk anteny, co wynika z braku zacieniania otworu lustra przez posuw. Odbłyśnik anten offsetowych jest bocznym wycięciem paraboloidy obrotowej. Ognisko promienników w takich antenach znajduje się w płaszczyźnie ogniskowej reflektora.

Antena reflektorowa może posiadać dodatkowe zwierciadło eliptyczne (schemat 2 lustra Gregory'ego) lub dodatkowe lustro hiperboliczne (schemat 2 lustra Cassegraina), z ogniskami znajdującymi się w płaszczyźnie ogniskowej anteny reflektorowej. W tym przypadku promiennik znajduje się w ognisku dodatkowego lustra.

Antena reflektorowa może jednocześnie mieć kilka kanałów umieszczonych w płaszczyźnie ogniskowej anteny. Każdy promiennik tworzy wzór promieniowania skierowany w pożądanym kierunku. Promienniki mogą pracować w różnych zakresach długości fal ( , , ) lub każdy jednocześnie w kilku zakresach.

Położenie ogniska i płaszczyzny ogniskowej zwierciadła anteny nie zależy od zakresu długości fal roboczych.

W zależności od zadania i promiennika antena reflektorowa tworzy jeden wąsko ukierunkowany całkowity, sumaryczny wzorzec kierunkowy (dla kierunków) lub kilka wzorców wielokierunkowych jednocześnie - przy użyciu kilku promienników.

Rodzaje luster [ | ]

W technologii najczęściej stosowane są następujące rodzaje luster:

Cechy konstrukcyjne[ | ]

Lustro zwykle składa się z podstawy dielektrycznej (włókno węglowe - do anten kosmicznych), która jest pokryta blachą, farbą przewodzącą, folią. Jednocześnie blachy często są perforowane lub siatkowe, co wynika z chęci zmniejszenia ciężaru konstrukcji, a także zminimalizowania odporności na wiatr i opady. Jednak takie niestałe lustro prowadzi do następujących konsekwencji: część energii przenika przez lustro, co prowadzi do osłabienia współczynnika kierunkowości anteny i wzrostu promieniowania za odbłyśnikiem. Sprawność anteny z niestałym lustrem oblicza się ze wzoru T = P p r P p za d (\displaystyle T=(\frac (P_(pr))(P_(pad)))), gdzie P p r (\displaystyle P_(pr)) jest moc promieniowania za odbłyśnikiem i P p za d (\displaystyle P_(pad))- moc promieniowania reflektora (fala padająca) . Jeśli T< 0 , 01 {\displaystyle T<0,01} , lustro niestałe jest uważane za dobre. Warunek ten jest zwykle spełniony, gdy średnica otworu w lusterku perforowanym jest mniejsza niż 0 , 2 λ (\displaystyle 0,2\lambda) a łączna powierzchnia otworów do 0 , 5 − 0 , 6 (\displaystyle 0,5-0,6) z całej powierzchni lustra. W przypadku luster siatkowych średnica otworów nie powinna przekraczać 0 , 1 λ (\displaystyle 0,1\lambda) .

Naświetlacz [ | ]

Charakterystyka promieniowania anteny parabolicznej jest tworzona przez zasilanie. W antenie może być odpowiednio jedno lub więcej doprowadzeń, w antenie utworzonych jest jeden lub więcej wzorów promieniowania. Odbywa się to na przykład w celu jednoczesnego odbioru sygnału z kilku satelitów komunikacji kosmicznej.

Otwór promienników znajduje się w ognisku reflektora parabolicznego lub w jego płaszczyźnie ogniskowej, jeśli w jednej antenie używanych jest kilka promienników. Kilka promienników tworzy kilka charakterystyk promieniowania w jednej antenie, jest to konieczne, gdy jedna antena jest skierowana jednocześnie na kilka satelitów komunikacyjnych. θ = k λ / d (\ Displaystyle \ theta = k \ lambda / d \,),

gdzie K jest współczynnikiem, który zmienia się nieznacznie w zależności od kształtu reflektora, a d jest średnicą reflektora w metrach, szerokością wzoru połówkowego mocy θ w radianach. Dla 2-metrowej anteny satelitarnej pracującej w paśmie C (odbiór 3-4 GHz i nadawanie 5-6 GHz), ten wzór daje szerokość wiązki około 2,6°.

Wzmocnienie anteny określa wzór:

Istnieje odwrotna zależność między wzmocnieniem a szerokością wiązki.

Anteny paraboliczne o dużych średnicach tworzą bardzo wąskie wiązki. Skierowanie takich wiązek na satelitę komunikacyjnym staje się problemem, ponieważ zamiast głównego listka można skierować antenę na listek boczny.

Wzór anteny to wąska wiązka główna i boczne płaty. Polaryzacja kołowa w wiązce głównej jest ustawiana zgodnie z zadaniami, poziom polaryzacji w różnych miejscach wiązki głównej jest różny, w pierwszych listkach bocznych polaryzacja zmienia się na przeciwną, z lewej na prawą, z prawej na lewą.

Charakterystyka anten reflektorowych[ | ]

Charakterystyki anteny reflektorowej są mierzone w polu dalekim.

Interesujące fakty[ | ]

Aplikacja [ | ]

Anteny paraboliczne są wykorzystywane jako anteny o wysokim zysku do następujących rodzajów komunikacji: przekaźnik radiowy między pobliskimi miastami, bezprzewodowe łącza danych WAN / LAN, do komunikacji satelitarnej i statku kosmicznego. Wykorzystywane są również w radioteleskopach.

Anteny paraboliczne są również wykorzystywane jako anteny radarowe do sterowania statkami, samolotami i pociskami kierowanymi. Wraz z pojawieniem się domowych odbiorników telewizji satelitarnej anteny paraboliczne stały się elementem krajobrazu współczesnych miast.

Działanie anten satelitarnych, w szczególności tych, które odbierają sygnał telewizyjny, opiera się na optycznej właściwości paraboli. Parabola to umiejscowienie punktów równoodległych od linii prostej (nazywanej kierownicą) i od punktu nie leżącego na kierownicy (nazywanego ogniskiem). Z powyższej definicji paraboli nie jest trudno uzyskać parabolę „szkolną”: parabola to wykres funkcji kwadratowej y=ax^2+bx+c (w szczególności y=x^2).

Sformułujmy wspomnianą właściwość optyczną paraboli. Jeśli punktowe źródło światła (żarówka) zostanie umieszczone w ognisku paraboli i włączone, to promienie odbite od paraboli będą przebiegać równolegle do osi symetrii paraboli, a krawędź natarcia będzie prostopadle do osi.

Prawda jest również odwrotna - jeśli na parabolę pada strumień promieni równoległych do osi symetrii, to odbite od paraboli promienie się skupiają, a jednocześnie, jeśli przednia krawędź strumienia promienie są prostopadłe do osi.

Kiedy parabola obraca się wokół swojej osi symetrii, uzyskuje się paraboloidę obrotu - powierzchnię drugiego rzędu. Dla dowolnego odcinka paraboloidy przez płaszczyzny przechodzące przez oś symetrii uzyskuje się równe parabole o wspólnym ognisku, dlatego paraboloida ma również właściwość optyczną. Jeśli ustawisz emiter w ognisku, promienie odbite od powierzchni będą szły równolegle do osi obrotu. A jeśli promienie równoległe do jego osi padają na paraboloidę, to po odbiciu wszystkie się skupiają.

Własność optyczna jest podstawową podstawą anten parabolicznych. Anteny mogą się obracać, np. anteny paraboliczne na lotniskach, w kształcie „plastrów” ogromnych paraboloidów, zarówno nadają, jak i odbierają sygnał. Anteny mogą być zamocowane. Ten ostatni typ obejmuje domowe anteny telewizji satelitarnej ("talerze"): są one wycelowane w satelitę-przemiennika znajdującego się wysoko nad Ziemią na orbicie geostacjonarnej, po czym ich pozycja jest ustalana.

Ponieważ satelita znajduje się daleko od powierzchni, promienie wychodzące z niego w punkcie odbioru przez antenę można uznać za równoległe. W centrum anteny satelitarnej znajduje się odbiornik, z którego sygnał jest przesyłany kablem do telewizora.

Ten sam pomysł służy do tworzenia reflektorów do lokomotyw kolejowych, reflektorów samochodowych, może być nawet używany do gotowania w terenie. Właściwość optyczna paraboli „zna” świat dzikiej przyrody. Na przykład niektóre kwiaty północne, żyjące w warunkach krótkiego lata i braku światła słonecznego, otwierają swoje płatki w formie paraboloidy, dzięki czemu „serce” kwiatu jest cieplejsze. "Paraboliczne" to takie alpejskie i arktyczne kwiaty jak alpejski ból pleców, lodowaty bekvichia, mak polarny. Ze względu na właściwości optyczne paraboli dojrzewanie nasion w takich kwiatach jest przyspieszone. Inną pożyteczną konsekwencją ich parabolicznych właściwości dla kwiatów jest przyciąganie owadów, które lubią „moczyć” w misce kwiatowej, a to wpływa na proces przenoszenia pyłku (zapylania).

Odbiór sygnałów telewizji satelitarnej odbywa się za pomocą specjalnych odbiorników, których integralną częścią jest antena. Anteny paraboliczne są najbardziej popularne do profesjonalnych i amatorskich transmisji z satelitów, ze względu na właściwość paraboloidy obrotowej, która odbija promienie padające na jego aperturę, równolegle do osi, do jednego punktu, zwanego ogniskiem. Otwór to część płaszczyzny ograniczona krawędzią paraboloidy obrotu.

Paraboloida obrotowa, która służy jako reflektor anteny, powstaje przez obrót płaskiej paraboli wokół własnej osi. Parabola to położenie punktów równoodległych od danego punktu (ogniska) i danej linii prostej (kierownicy) (ryc. 6.1). Punkt F jest ogniskiem, a linia AB jest kierownicą. Punkt M o współrzędnych x, y jest jednym z punktów paraboli. Odległość między ogniskiem a kierownicą nazywana jest parametrem paraboli i jest oznaczona literą p. Wtedy współrzędne ogniska F wynoszą: (p/2, 0). Początek współrzędnych (punkt 0) nazywany jest wierzchołkiem paraboli.

Z definicji paraboli, segmenty MF i PM są równe. Zgodnie z twierdzeniem Pitagorasa MF^2 =FK^2+ MK^2. Jednocześnie FK = x - p/2, KM = y i PM = x + p/2, a następnie (x - p/2)^2 + y^2 = (x + p/2)^2.

Podnosząc do kwadratu wyrażenia w nawiasach i wprowadzając podobne terminy, otrzymujemy w końcu kanoniczne równanie paraboli:

y^2 = 2px lub y = (2px)^0,5. (6.1)

Zgodnie z tą klasyczną formułą wyprodukowano miliony anten do odbioru sygnałów telewizji satelitarnej. O co chodzi z tą anteną?

Równolegle do osi paraboloidy promienie (fale radiowe) z satelity, odbite od apertury do ogniska, przechodzą tak samo (ogniskowa). Konwencjonalnie dwie belki (1 i 2) spadają na obszar otwarcia paraboloidy w różnych punktach (ryc. 6.2). Jednak odbite sygnały obu wiązek przechodzą tę samą odległość do ogniska F. Oznacza to, że odległość A+B=C+D. Zatem wszystkie promienie emitowane przez antenę nadawczą satelity i na które skierowane jest zwierciadło parabo

loidalne, są skoncentrowane w fazie w ognisku F. Fakt ten jest udowodniony matematycznie (ryc. 6.3).

Wybór parametru paraboli określa głębokość paraboloidy, czyli odległość między wierzchołkiem a ogniskiem. Przy tej samej średnicy apertury paraboloidy krótkoogniskowe mają dużą głębokość, co sprawia, że ​​montaż promiennika w ognisku jest wyjątkowo niewygodny. Ponadto w paraboloidach krótkoogniskowych odległość od dopływu do górnej części zwierciadła jest znacznie mniejsza niż do jego krawędzi, co prowadzi do nierównych amplitud na dopływie fal odbitych od krawędzi paraboloidy i od strefy bliskiej na szczyt.

Paraboloidy o długim ognisku mają płytszą głębokość, instalacja promiennika jest wygodniejsza, a rozkład amplitudy staje się bardziej równomierny. Tak więc przy średnicy otworu 1,2 mi parametrze 200 mm głębokość paraboloidy wynosi 900 mm, a przy parametrze 750 mm - tylko 240 mm. Jeżeli parametr przekracza promień apertury, ognisko, w którym powinien znajdować się posuw, znajduje się poza objętością ograniczoną paraboloidą i aperturą. Optymalną opcją jest sytuacja, gdy parametr jest nieco większy niż promień przysłony.

Antena satelitarna jest jedynym elementem wzmacniającym systemu odbiorczego, który nie wprowadza własnego szumu i nie degraduje sygnału, a w konsekwencji obrazu. Anteny z lustrem w postaci paraboloidy obrotowej dzielą się na dwie główne klasy: symetryczny reflektor paraboliczny i asymetryczny (ryc. 6.4, 6.5). Pierwszy typ anten jest zwykle nazywany bezpośrednim ogniskowaniem, drugi - offsetem.

Antena offsetowa jest jakby wyciętym segmentem paraboli. Ognisko takiego segmentu znajduje się poniżej geometrycznego środka anteny. Eliminuje to zacienianie użytecznej powierzchni anteny przez zasilanie i jej podpory, co zwiększa jej skuteczność przy tej samej powierzchni lustra z anteną osiowosymetryczną. Dodatkowo promiennik montowany jest poniżej środka ciężkości anteny, zwiększając tym samym jej stabilność w wietrznych warunkach.

To właśnie ta konstrukcja anteny jest najczęściej spotykana w indywidualnym odbiorze telewizji satelitarnej, chociaż obecnie stosuje się inne zasady konstruowania naziemnych anten satelitarnych.

Zaleca się stosowanie anten offsetowych, jeśli do stabilnego odbioru programów wybranego satelity wymagany jest rozmiar anteny do 1,5 m, ponieważ wraz ze wzrostem całkowitej powierzchni anteny efekt cieniowania lustra staje się mniej znaczący.

Antena offsetowa montowana jest prawie pionowo. W zależności od szerokości geograficznej jego kąt nachylenia jest nieznacznie

Zmienia się. Taka pozycja wyklucza zbieranie opadów atmosferycznych w czaszy anteny, co znacznie wpływa na jakość odbioru.

Zasadę działania (ogniskowania) anten z ogniskowaniem bezpośrednim (osiowosymetrycznym) i offsetowym (asymetrycznym) pokazano na ryc. 6.6.

W przypadku anten szczególne znaczenie mają charakterystyki kierunkowe. Dzięki możliwości zastosowania anten o wysokiej selektywności przestrzennej odbierana jest telewizja satelitarna. Najważniejszymi cechami anten są zysk i charakterystyka promieniowania.

Wzmocnienie anteny parabolicznej zależy od średnicy paraboloidy: im większa średnica zwierciadła, tym większe wzmocnienie.

Poniżej podano zależność wzmocnienia anteny parabolicznej od średnicy.

Rolę wzmocnienia anteny parabolicznej można analizować za pomocą żarówki (ryc. 6.7, a). Światło jest równomiernie rozpraszane w otaczającej przestrzeni, a oko obserwatora dostrzega pewien poziom oświetlenia odpowiadający mocy żarówki.

Jeśli jednak źródło światła zostanie umieszczone w ognisku paraboloidy ze wzmocnieniem 300 razy (ryc. 6.7, b), jego promienie po odbiciu przez powierzchnię paraboloidy będą równoległe do jej osi, a kolor siła będzie równoważna źródłu o mocy 13500 watów. Oczy obserwatora nie mogą dostrzec takiego oświetlenia. Na tej właściwości opiera się w szczególności zasada działania reflektora.

Tak więc paraboloida anteny, ściśle mówiąc, nie jest anteną w swoim rozumieniu transformacji natężenia pola elektromagnetycznego w napięcie sygnału. Paraboloid jest jedynie odbłyśnikiem fal radiowych, skupiając je w ognisku, w którym powinna być umieszczona aktywna antena (podajnik).

Wzór anteny (ryc. 6.8) charakteryzuje zależność amplitudy natężenia pola elektrycznego E, wytworzonego w określonym punkcie, od kierunku do tego punktu. W takim przypadku odległość od anteny do tego punktu pozostaje stała.

Zwiększenie wzmocnienia anteny pociąga za sobą zwężenie głównego płata charakterystyki promieniowania, a zwężenie go do mniej niż 1° prowadzi do konieczności zasilania anteny systemem śledzącym, ponieważ satelity geostacjonarne oscylują wokół swojej pozycji stacjonarnej w orbita. Zwiększenie szerokości charakterystyki promieniowania prowadzi do zmniejszenia wzmocnienia, a tym samym do spadku mocy sygnału na wejściu odbiornika. Na tej podstawie optymalna szerokość głównego płata wzoru promieniowania wynosi

szerokość wynosi 1 ... 2 °, pod warunkiem, że antena nadawcza satelity jest utrzymywana na orbicie z dokładnością ± 0,1 °.

Obecność listków bocznych w charakterystyce promieniowania zmniejsza również wzmocnienie anteny i zwiększa możliwość odbioru zakłóceń. Pod wieloma względami szerokość i konfiguracja charakterystyki promieniowania zależą od kształtu i średnicy zwierciadła anteny odbiorczej.

Najważniejszą cechą anteny parabolicznej jest dokładność kształtu. Powinien powtarzać kształt paraboloidy rewolucji z minimalnymi błędami. Dokładność kształtu określa wzmocnienie anteny i charakterystykę jej promieniowania.

Wykonanie anteny o idealnej powierzchni paraboloidy jest prawie niemożliwe. Wszelkie odchylenia od rzeczywistego kształtu lustra parabolicznego od idealnego wpływają na charakterystykę anteny. Występują błędy fazowe, które pogarszają jakość odbieranego obrazu i zmniejsza się wzmocnienie anteny. Zniekształcenia kształtu występują również podczas pracy anten: pod wpływem wiatru i opadów; powaga; w wyniku nierównomiernego nagrzewania powierzchni przez promienie słoneczne. Biorąc pod uwagę te czynniki, określa się dopuszczalne całkowite odchylenie profilu anteny.

Jakość materiału wpływa również na charakterystykę anteny. Do produkcji anten satelitarnych używa się głównie stali i duraluminium.

Anteny stalowe są tańsze niż aluminiowe, ale cięższe i bardziej podatne na korozję, dlatego szczególnie ważna jest dla nich obróbka antykorozyjna. Faktem jest, że bardzo cienka warstwa metalu przypowierzchniowego uczestniczy w odbiciu sygnału elektromagnetycznego od powierzchni. Jeśli zostanie uszkodzony przez rdzę, wydajność anteny znacznie się zmniejszy. Lepiej najpierw pokryć stalową antenę cienką warstwą ochronną z metalu nieżelaznego (na przykład cynku), a następnie pomalować.

W przypadku anten aluminiowych problemy te nie występują. Są jednak nieco droższe. Branża produkuje również anteny plastikowe. Ich lustra z cienką powłoką metalową ulegają zniekształceniu kształtu pod wpływem różnych czynników zewnętrznych: temperatury, obciążenia wiatrem i wielu innych czynników. Istnieją anteny siatkowe, które są odporne na obciążenie wiatrem. Mają dobre właściwości wagowe, ale słabo sprawdzają się podczas odbierania sygnałów w paśmie Ki. Wskazane jest używanie takich anten do odbioru sygnałów w paśmie C.

Antena paraboliczna na pierwszy rzut oka wydaje się być szorstkim kawałkiem metalu, niemniej jednak wymaga ostrożnego obchodzenia się z nią podczas przechowywania, transportu i instalacji. Wszelkie zniekształcenia kształtu anteny prowadzą do gwałtownego spadku jej wydajności i pogorszenia jakości obrazu na ekranie telewizora. Kupując antenę, należy zwrócić uwagę na obecność zniekształceń powierzchni roboczej anteny. Czasami zdarza się, że lustro anteny nałożone powłokami antykorozyjnymi i dekoracyjnymi „prowadzi” i przybiera postać śmigła. Możesz to sprawdzić, umieszczając antenę na płaskiej podłodze: krawędzie anteny powinny wszędzie dotykać powierzchni.

Tematem naszej dzisiejszej rozmowy jest antena paraboliczna. Faktem jest, że wielu błędnie nazywa wszystkie anteny do telewizji satelitarnej. W rzeczywistości nie wszystkie z tych urządzeń są antenami parabolicznymi. To tylko jeden rodzaj tego sprzętu. Najpierw zdefiniujmy to pojęcie. Tak więc satelita nazywa się sprzętem lustrzanym przeznaczonym do odbierania sygnałów z satelitów.

Przejdźmy teraz do widoków. Najczęstszą z nich jest antena paraboliczna. Służy do odbioru audycji radiowych, a także jest przeznaczony do telewizji i dostępu do Internetu. Istnieją dwa rodzaje takich urządzeń.

Pierwszy typ to bezpośrednie skupienie. To klasyczny typ paraboloidy rewolucji. Ta antena paraboliczna może pracować zarówno w paśmie C, jak iw paśmie Ku. Możliwa jest również praca urządzenia w trybie kombinowanym. Drugi typ to antena offsetowa. Ten typ najczęściej występuje w przypadku indywidualnego odbioru nadawania satelitarnego. Ta antena jest paraboloidą eliptyczną. Punkt skupienia tego segmentu jest niższy niż geometryczny środek urządzenia.

Taki układ przyczynia się do eliminacji zacieniania powierzchni użytkowej zarówno przez promiennik, jak i jego wsporniki. Dlatego ta antena paraboliczna ma współczynnik wyższy niż poprzednia wersja dla tego samego obszaru odbijania. A ustawienie promiennika niżej niż środek ciężkości anteny pozwala zwiększyć jego stabilność podczas ekspozycji na wiatr, ponieważ jest zamontowany niemal pionowo.

Ze względu na umiejscowienie anteny w czaszy wykluczone są przeciążenia, które jak wiadomo mogą dość mocno wpłynąć na jakość sygnału. Kąt nachylenia tej anteny może się różnić w zależności od lokalizacji w określonej szerokości geograficznej. Ten typ anteny działa w tych samych zakresach, co bezpośrednie ogniskowanie.

Kolejną odmianą są anteny toroidalne. Ten produkt należy do nowej kategorii odbioru satelitarnego (bez urządzeń obrotowych). Taka antena różni się od wszystkich poprzednich urządzeń tym, że jej parabola ma lepiej zaprojektowaną powierzchnię odbijającą. Dzięki drugiemu reflektorowi możliwe jest zainstalowanie większej liczby konwerterów odbioru sygnału.

Antena ta wykonana jest ze specjalnej stali ocynkowanej, pokrytej lakierem poliestrowym. W uchwycie można umieścić maksymalnie 16 konwerterów. Dozwolona jest między nimi odległość co najmniej 3 stopni. To prawda, że ​​instalacja wymaga ścisłego przestrzegania kąta, nachylenia i azymutu. Zaletą tej anteny jest to, że można na niej zainstalować specjalny silnik, który jest w stanie obrócić urządzenie w kierunku wymaganego satelity.

Ostatnio istotna była paraboliczna antena WiFi. Jak zgadłeś po nazwie, jest w stanie pracować bez połączenia przewodowego. To w zasadzie wszystko, co chciałem powiedzieć o antenach.

Odbiór sygnałów telewizji satelitarnej odbywa się za pomocą specjalnych odbiorników, których integralną częścią jest antena. Anteny paraboliczne są najbardziej popularne do profesjonalnych i amatorskich transmisji z satelitów, ze względu na właściwość paraboloidy obrotowej, która odbija promienie padające na jego aperturę, równolegle do osi, do jednego punktu, zwanego ogniskiem. Otwór to część płaszczyzny ograniczona krawędzią paraboloidy obrotu.

Paraboloida obrotowa, która służy jako reflektor anteny, powstaje przez obrót płaskiej paraboli wokół własnej osi. Parabola to położenie punktów równoodległych od danego punktu (ogniska) i danej linii prostej (kierownicy) (ryc. 6.1). Punkt F jest ogniskiem, a linia AB jest kierownicą. Punkt M o współrzędnych x, y jest jednym z punktów paraboli. Odległość między ogniskiem a kierownicą nazywana jest parametrem paraboli i jest oznaczona literą p. Wtedy współrzędne ogniska F wynoszą: (p/2, 0). Początek współrzędnych (punkt 0) nazywany jest wierzchołkiem paraboli.

Z definicji paraboli, segmenty MF i PM są równe. Zgodnie z twierdzeniem Pitagorasa MF^2 =FK^2+ MK^2. Jednocześnie FK = x - p/2, KM = y i PM = x + p/2, a następnie (x - p/2)^2 + y^2 = (x + p/2)^2.

Podnosząc do kwadratu wyrażenia w nawiasach i wprowadzając podobne terminy, otrzymujemy w końcu kanoniczne równanie paraboli:

y^2 = 2px lub y = (2px)^0,5. (6.1)

Zgodnie z tą klasyczną formułą wyprodukowano miliony anten do odbioru sygnałów telewizji satelitarnej. O co chodzi z tą anteną?

Równolegle do osi paraboloidy promienie (fale radiowe) z satelity, odbite od apertury do ogniska, przechodzą tak samo (ogniskowa). Konwencjonalnie dwie belki (1 i 2) spadają na obszar otwarcia paraboloidy w różnych punktach (ryc. 6.2). Jednak odbite sygnały obu wiązek przechodzą tę samą odległość do ogniska F. Oznacza to, że odległość A+B=C+D. W ten sposób wszystkie promienie emitowane przez antenę nadawczą satelity i na które skierowane jest zwierciadło paraboloidowe są skoncentrowane w fazie w ognisku F. Fakt ten jest udowodniony matematycznie (ryc. 6.3).

Wybór parametru paraboli określa głębokość paraboloidy, czyli odległość między wierzchołkiem a ogniskiem. Przy tej samej średnicy apertury paraboloidy krótkoogniskowe mają dużą głębokość, co sprawia, że ​​montaż promiennika w ognisku jest wyjątkowo niewygodny. Ponadto w paraboloidach krótkoogniskowych odległość od dopływu do górnej części zwierciadła jest znacznie mniejsza niż do jego krawędzi, co prowadzi do nierównych amplitud na dopływie fal odbitych od krawędzi paraboloidy i od strefy bliskiej na szczyt.

Paraboloidy o długim ognisku mają płytszą głębokość, instalacja promiennika jest wygodniejsza, a rozkład amplitudy staje się bardziej równomierny. Tak więc przy średnicy otworu 1,2 mi parametrze 200 mm głębokość paraboloidy wynosi 900 mm, a przy parametrze 750 mm - tylko 240 mm. Jeżeli parametr przekracza promień apertury, ognisko, w którym powinien znajdować się posuw, znajduje się poza objętością ograniczoną paraboloidą i aperturą. Optymalną opcją jest sytuacja, gdy parametr jest nieco większy niż promień przysłony.

Antena satelitarna jest jedynym elementem wzmacniającym systemu odbiorczego, który nie wprowadza własnego szumu i nie degraduje sygnału, a w konsekwencji obrazu. Anteny z lustrem w postaci paraboloidy obrotowej dzielą się na dwie główne klasy: symetryczny reflektor paraboliczny i asymetryczny (ryc. 6.4, 6.5). Pierwszy typ anten jest zwykle nazywany bezpośrednim ogniskowaniem, drugi - offsetem.

Antena offsetowa jest jakby wyciętym segmentem paraboli. Ognisko takiego segmentu znajduje się poniżej geometrycznego środka anteny. Eliminuje to zacienianie użytecznej powierzchni anteny przez zasilanie i jej podpory, co zwiększa jej skuteczność przy tej samej powierzchni lustra z anteną osiowosymetryczną. Dodatkowo pasza jest instalowana poniżej środka ciężkości anteny, zwiększając w ten sposób jej stabilność przy obciążeniu wiatrem.

To właśnie ta konstrukcja anteny jest najczęściej spotykana w indywidualnym odbiorze telewizji satelitarnej, chociaż obecnie stosuje się inne zasady konstruowania naziemnych anten satelitarnych.

Zaleca się stosowanie anten offsetowych, jeśli do stabilnego odbioru programów wybranego satelity wymagany jest rozmiar anteny do 1,5 m, ponieważ wraz ze wzrostem całkowitej powierzchni anteny efekt cieniowania lustra staje się mniej znaczący.

Antena offsetowa montowana jest prawie pionowo. W zależności od szerokości geograficznej jego kąt nachylenia nieznacznie się różni. Taka pozycja wyklucza zbieranie opadów atmosferycznych w czaszy anteny, co znacznie wpływa na jakość odbioru.

Zasadę działania (ogniskowania) anten z ogniskowaniem bezpośrednim (osiowosymetrycznym) i offsetowym (asymetrycznym) pokazano na ryc. 6.6.

W przypadku anten szczególne znaczenie mają charakterystyki kierunkowe. Dzięki możliwości zastosowania anten o wysokiej selektywności przestrzennej odbierana jest telewizja satelitarna. Najważniejszymi cechami anten są zysk i charakterystyka promieniowania.

Wzmocnienie anteny parabolicznej zależy od średnicy paraboloidy: im większa średnica zwierciadła, tym większe wzmocnienie.

Poniżej podano zależność wzmocnienia anteny parabolicznej od średnicy.

Rolę wzmocnienia anteny parabolicznej można analizować za pomocą żarówki (ryc. 6.7, a). Światło jest równomiernie rozpraszane w otaczającej przestrzeni, a oko obserwatora dostrzega pewien poziom oświetlenia odpowiadający mocy żarówki.

Jeśli jednak źródło światła zostanie umieszczone w ognisku paraboloidy ze wzmocnieniem 300 razy (ryc. 6.7, b), jego promienie po odbiciu przez powierzchnię paraboloidy będą równoległe do jej osi, a kolor siła będzie równoważna źródłu o mocy 13500 watów. Oczy obserwatora nie mogą dostrzec takiego oświetlenia. Na tej właściwości opiera się w szczególności zasada działania reflektora.

Tak więc paraboloida anteny, ściśle mówiąc, nie jest anteną w swoim rozumieniu transformacji natężenia pola elektromagnetycznego w napięcie sygnału. Paraboloid jest jedynie odbłyśnikiem fal radiowych, skupiając je w ognisku, w którym powinna być umieszczona aktywna antena (podajnik).

Wzór anteny (ryc. 6.8) charakteryzuje zależność amplitudy natężenia pola elektrycznego E, wytworzonego w określonym punkcie, od kierunku do tego punktu. W takim przypadku odległość od anteny do tego punktu pozostaje stała.

Zwiększenie wzmocnienia anteny pociąga za sobą zwężenie głównego płata charakterystyki promieniowania, a zwężenie go do mniej niż 1° prowadzi do konieczności zasilania anteny systemem śledzącym, ponieważ satelity geostacjonarne oscylują wokół swojej pozycji stacjonarnej w orbita. Zwiększenie szerokości charakterystyki promieniowania prowadzi do zmniejszenia wzmocnienia, a tym samym do spadku mocy sygnału na wejściu odbiornika. Na tej podstawie optymalna szerokość głównego płata charakterystyki promieniowania to szerokość 1 ... 2 °, pod warunkiem, że nadawcza antena satelitarna jest utrzymywana na orbicie z dokładnością ± 0,1 °.

Obecność listków bocznych w charakterystyce promieniowania zmniejsza również wzmocnienie anteny i zwiększa możliwość odbioru zakłóceń. Pod wieloma względami szerokość i konfiguracja charakterystyki promieniowania zależą od kształtu i średnicy zwierciadła anteny odbiorczej.

Najważniejszą cechą anteny parabolicznej jest dokładność kształtu. Powinien powtarzać kształt paraboloidy rewolucji z minimalnymi błędami. Dokładność kształtu określa wzmocnienie anteny i charakterystykę jej promieniowania.

Wykonanie anteny o idealnej powierzchni paraboloidy jest prawie niemożliwe. Wszelkie odchylenia od rzeczywistego kształtu lustra parabolicznego od idealnego wpływają na charakterystykę anteny. Występują błędy fazowe, które pogarszają jakość odbieranego obrazu i zmniejsza się wzmocnienie anteny. Zniekształcenia kształtu występują również podczas pracy anten: pod wpływem wiatru i opadów; powaga; w wyniku nierównomiernego nagrzewania powierzchni przez promienie słoneczne. Biorąc pod uwagę te czynniki, określa się dopuszczalne całkowite odchylenie profilu anteny.

Jakość materiału wpływa również na charakterystykę anteny. Do produkcji anten satelitarnych używa się głównie stali i duraluminium.

Anteny stalowe są tańsze niż aluminiowe, ale cięższe i bardziej podatne na korozję, dlatego szczególnie ważna jest dla nich obróbka antykorozyjna. Faktem jest, że bardzo cienka warstwa metalu przypowierzchniowego uczestniczy w odbiciu sygnału elektromagnetycznego od powierzchni. Jeśli zostanie uszkodzony przez rdzę, wydajność anteny znacznie się zmniejszy. Lepiej najpierw pokryć stalową antenę cienką warstwą ochronną z metalu nieżelaznego (na przykład cynku), a następnie pomalować.

W przypadku anten aluminiowych problemy te nie występują. Są jednak nieco droższe. Branża produkuje również anteny plastikowe. Ich lustra z cienką powłoką metalową ulegają zniekształceniu kształtu pod wpływem różnych czynników zewnętrznych: temperatury, obciążenia wiatrem i wielu innych czynników. Istnieją anteny siatkowe, które są odporne na obciążenie wiatrem. Mają dobre właściwości wagowe, ale słabo sprawdzają się podczas odbierania sygnałów w paśmie Ki. Wskazane jest używanie takich anten do odbioru sygnałów w paśmie C.

Antena paraboliczna na pierwszy rzut oka wydaje się być szorstkim kawałkiem metalu, niemniej jednak wymaga ostrożnego obchodzenia się z nią podczas przechowywania, transportu i instalacji. Wszelkie zniekształcenia kształtu anteny prowadzą do gwałtownego spadku jej wydajności i pogorszenia jakości obrazu na ekranie telewizora. Kupując antenę, należy zwrócić uwagę na obecność zniekształceń powierzchni roboczej anteny. Czasami zdarza się, że lustro anteny nałożone powłokami antykorozyjnymi i dekoracyjnymi „prowadzi” i przybiera postać śmigła. Możesz to sprawdzić, umieszczając antenę na płaskiej podłodze: krawędzie anteny powinny wszędzie dotykać powierzchni.