Príbeh [ | ]

Prvá parabolická anténa navrhnutá Heinrichom Hertzom

Parabolickú anténu vynašiel nemecký fyzik Heinrich Hertz v roku 1887. Hertz počas svojich experimentov používal valcové parabolické reflektory na zapaľovanie dipólových antén. Anténa mala veľkosť otvoru 1,2 metra na šírku a používala sa na frekvencii asi 450 MHz. Reflektor bol vyrobený zo zinkového oceľového plechu. S dvomi takýmito anténami, jednou vysielacou a jednou prijímajúcou, Hertz úspešne preukázal existenciu elektromagnetických vĺn, ktoré Maxwell predpovedal už 22 rokov predtým.

Typicky, v reflektorových anténach je širší vyžarovací diagram napájacieho zdroja prevedený na úzky vyžarovací diagram samotnej antény.

Zrkadlový okraj a rovina Z tvoria plochu nazývanú otvor zrkadla. V tomto prípade sa polomer R nazýva polomer otvorenia a uhol 2ψ sa nazýva uhol otvorenia zrkadla. Typ zrkadla závisí od uhla otvorenia:

• ak ψ< π/2 - зеркало называют мелким или длиннофокусным;
• ak ψ > π/2 - hlboké alebo krátke ohnisko,
• ak ψ = π/2 - priemer.

Ohnisko anténneho napájania môže byť umiestnené buď v ohnisku zrkadla F, alebo môže byť voči nemu posunuté. Ak je ohnisko žiariča umiestnené v ohnisku antény, potom sa nazýva priame zaostrenie. Antény s priamym ohniskom sa dodávajú v rôznych veľkostiach, pričom jesenné symetrické antény, ktorých prívod nie je v ohnisku zrkadla, zvyčajne nepresahujú priemer 1,5 m. Takéto antény sa často označujú ako ofsetové antény. Výhodou offsetovej antény je vyšší zisk antény, ktorý je spôsobený netienením otvoru zrkadla posuvom. Reflektor ofsetových antén je bočný výrez rotačného paraboloidu. Ohnisko žiaričov v takýchto anténach je umiestnené v ohniskovej rovine reflektora.

Reflektorová anténa môže mať prídavné eliptické zrkadlo (2-zrkadlá Gregoryho schéma) alebo prídavné hyperbolické zrkadlo (2-zrkadlová Cassegrainova schéma), s ohniskami umiestnenými v ohniskovej rovine reflektorovej antény. V tomto prípade je žiarič umiestnený v ohnisku prídavného zrkadla.

Reflektorová anténa môže mať súčasne niekoľko napájačov umiestnených v ohniskovej rovine antény. Každý ožarovač vytvára obrazec žiarenia nasmerovaný v požadovanom smere. Ožarovače môžu pracovať v rôznych rozsahoch vlnových dĺžok ( , , ) alebo každý súčasne v niekoľkých rozsahoch.

Umiestnenie ohniska a ohniskovej roviny zrkadla antény nezávisí od rozsahu prevádzkových vlnových dĺžok.

V závislosti od úloh a žiariča tvorí reflektorová anténa jeden úzko smerovaný celkový, sumárny diferenčný smerový obrazec (pre zameriavače) alebo niekoľko viacsmerových obrazcov súčasne - pri použití viacerých žiaričov.

Typy zrkadiel [ | ]

V technológii sa najčastejšie používajú tieto typy zrkadiel:

Dizajnové prvky[ | ]

Zrkadlo sa zvyčajne skladá z dielektrickej základne (uhlíkové vlákno - pre vesmírne antény), ktorá je pokrytá plechmi, vodivou farbou, fóliou. Súčasne sú plechy často perforované alebo sieťované, čo je spôsobené túžbou znížiť hmotnosť konštrukcie, ako aj minimalizovať odolnosť voči vetru a zrážkam. Takéto nepevné zrkadlo však vedie k nasledujúcim dôsledkom: časť energie prenikne cez zrkadlo, čo vedie k oslabeniu faktora smerovosti antény a k zvýšeniu žiarenia za reflektorom. Účinnosť antény s nepevným zrkadlom sa vypočíta podľa vzorca T = P p r P p a d (\displaystyle T=(\frac (P_(pr))(P_(pad)))), kde P p r (\displaystyle P_(pr)) je výkon žiarenia za reflektorom a P p a d (\displaystyle P_(pad))- výkon žiarenia reflektora (dopadajúca vlna) . Ak T< 0 , 01 {\displaystyle T<0,01} , nepevné zrkadlo sa považuje za dobré. Táto podmienka je zvyčajne splnená, keď je priemer otvoru perforovaného zrkadla menší ako 0 , 2 λ (\displaystyle 0,2\lambda ) a celková plocha otvorov až 0 , 5 − 0 , 6 (\displaystyle 0,5-0,6) z celej plochy zrkadla. Pri sieťových zrkadlách by priemer otvorov nemal presahovať 0 , 1 λ (\displaystyle 0,1\lambda ) .

Ožarovač [ | ]

Vyžarovací diagram parabolickej antény je tvorený napájaním. V anténe môže byť jeden alebo viac napájacích zdrojov, v anténe je vytvorený jeden alebo viac vzorov žiarenia. To sa robí napríklad za účelom súčasného príjmu signálu z niekoľkých vesmírnych komunikačných satelitov.

Otvor žiaričov je umiestnený v ohnisku parabolického reflektora alebo v jeho ohniskovej rovine, ak je v jednej anténe použitých viacero žiaričov. Niekoľko žiaričov tvorí niekoľko vyžarovacích diagramov v jednej anténe, je to potrebné pri nasmerovaní jednej antény naraz na niekoľko komunikačných satelitov. θ = k λ / d (\displaystyle \theta =k\lambda /d\,),

kde K je faktor, ktorý sa mierne mení s tvarom reflektora a d je priemer reflektora v metroch, šírka polovičného výkonu θ v radiánoch. Pre 2-metrovú satelitnú parabolu pracujúcu v pásme C (prijímanie 3-4 GHz a vysielanie 5-6 GHz) dáva tento vzorec šírku lúča približne 2,6°.

Zisk antény sa určuje podľa vzorca:

Medzi ziskom a šírkou lúča existuje inverzný vzťah.

Parabolické antény veľkých priemerov tvoria veľmi úzke lúče. Nasmerovanie takýchto lúčov na komunikačný satelit sa stáva problémom, pretože namiesto hlavného laloku môžete nasmerovať anténu na bočný lalok.

Vzor antény je úzky hlavný lúč a bočné laloky. Kruhová polarizácia v hlavnom lúči je nastavená v súlade s úlohami, úroveň polarizácie na rôznych miestach hlavného lúča je rôzna, v prvých bočných lalokoch sa polarizácia mení na opačnú, zľava doprava, sprava doľava.

Charakteristika reflektorových antén[ | ]

Charakteristiky reflektorovej antény sa merajú vo vzdialenom poli.

Zaujímavosti[ | ]

Aplikácia [ | ]

Parabolické antény sa používajú ako antény s vysokým ziskom pre nasledujúce typy komunikácie: rádioreléová komunikácia medzi blízkymi mestami, bezdrôtové dátové spojenia WAN / LAN, pre satelitnú komunikáciu a komunikáciu medzi vesmírnymi dopravnými prostriedkami. Používajú sa aj pre rádioteleskopy.

Parabolické antény sa používajú aj ako radarové antény na riadenie lodí, lietadiel a riadených striel. S príchodom domácich satelitných televíznych prijímačov sa parabolické antény stali súčasťou krajiny moderných miest.

Prevádzka satelitných parabol, najmä tých, ktoré prijímajú televízny signál, je založená na optickej vlastnosti paraboly. Parabola je miesto bodov rovnako vzdialených od priamky (nazývanej priamka) a od bodu, ktorý neleží na priamke (nazývaný ohnisko). Z vyššie uvedenej definície paraboly nie je ťažké získať „školskú“: parabola je graf kvadratickej funkcie y=ax^2+bx+c (konkrétne y=x^2).

Formulujme spomínanú optickú vlastnosť paraboly. Ak je bodový zdroj svetla (žiarovka) umiestnený v ohnisku paraboly a zapnutý, lúče odrazené od paraboly pôjdu rovnobežne s osou symetrie paraboly a predná hrana bude kolmo na os.

Platí to aj naopak - ak prúd lúčov rovnobežný s osou symetrie dopadá na parabolu, odrazené od paraboly sa lúče dostanú do ohniska a súčasne, ak nábežná hrana prúdu lúčov je kolmá na os.

Keď sa parabola otáča okolo svojej osi symetrie, získa sa rotačný paraboloid - povrch druhého rádu. Pre akýkoľvek rez paraboloidom rovinami prechádzajúcimi osou symetrie sa získajú rovnaké paraboly so spoločným ohniskom, preto má paraboloid aj optickú vlastnosť. Ak umiestnite žiarič do ohniska, lúče odrazené od povrchu pôjdu rovnobežne s osou rotácie. A ak lúče rovnobežné s jeho osou dopadajú na paraboloid, potom sa po odraze všetky zhromaždia v ohnisku.

Optická vlastnosť je základným základom parabolických antén. Antény sa môžu napríklad otáčať – parabolické antény na letiskách v tvare „plátkov“ obrovských paraboloidov vysielajú aj prijímajú signál. Antény môžu byť pevné. Posledný typ zahŕňa domáce satelitné televízne antény ("riad"): sú zamerané na opakovací satelit umiestnený vysoko nad Zemou na geostacionárnej obežnej dráhe, po ktorej je ich poloha pevná.

Keďže satelit je ďaleko od povrchu, lúče prichádzajúce z neho v mieste príjmu anténou možno považovať za paralelné. V ohnisku satelitnej paraboly je prijímač, z ktorého sa signál posiela cez kábel do televízora.

Rovnaký nápad sa používa na vytvorenie svetlometov pre železničné lokomotívy, svetlomety automobilov, dokonca sa dá použiť na varenie v teréne. Optická vlastnosť paraboly „pozná“ svet divokej prírody. Napríklad niektoré severské kvety, žijúce v podmienkach krátkeho leta a nedostatku slnečného svetla, otvárajú okvetné lístky vo forme paraboloidu, takže „srdce“ kvetu je teplejšie. "Parabolické" sú také alpské a arktické kvety ako alpská bolesť chrbta, ľadová bekvichia, polárny mak. Vďaka optickej vlastnosti paraboly sa v takýchto kvetoch urýchľuje dozrievanie semien. Ďalším užitočným dôsledkom ich parabolickej vlastnosti pre kvety je príťažlivosť hmyzu, ktorý sa rád „namáča“ v kvetinovej miske, čo ovplyvňuje proces prenosu peľu (opelenie).

Príjem signálov satelitnej televízie sa uskutočňuje pomocou špeciálnych prijímačov, ktorých neoddeliteľnou súčasťou je anténa. Parabolické antény sú najpopulárnejšie pre profesionálne a amatérske vysielanie zo satelitov, kvôli vlastnosti rotačného paraboloidu odrážať lúče dopadajúce na jeho otvor rovnobežne s osou do jedného bodu, nazývaného ohnisko. Apertúra je časť roviny ohraničená okrajom rotačného paraboloidu.

Rotačný paraboloid, ktorý sa používa ako anténny reflektor, je vytvorený rotáciou plochej paraboly okolo svojej osi. Parabola je miesto bodov rovnako vzdialených od daného bodu (ohniska) a danej priamky (smernice) (obr. 6.1). Bod F je ohnisko a čiara AB je priamka. Bod M so súradnicami x, y je jedným z bodov paraboly. Vzdialenosť medzi ohniskom a smerovou čiarou sa nazýva parameter paraboly a označuje sa písmenom p. Potom súradnice ohniska F sú: (p/2, 0). Počiatok súradníc (bod 0) sa nazýva vrchol paraboly.

Podľa definície paraboly sú segmenty MF a PM rovnaké. Podľa Pytagorovej vety MF^2 =FK^2+ MK^2. Súčasne FK = x - p/2, KM = y a PM = x + p/2, potom (x - p/2)^2 + y^2 = (x + p/2)^2.

Umocnením výrazov v zátvorkách a uvedením podobných výrazov nakoniec získame kanonickú rovnicu paraboly:

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

Podľa tohto klasického vzorca boli vyrobené milióny antén na príjem signálov satelitnej televízie. Čo sa týka tejto antény?

Rovnobežne s osou paraboloidu prechádzajú lúče (rádiové vlny) zo satelitu odrazené od clony do ohniska rovnako (ohnisková vzdialenosť). Bežne dva lúče (1 a 2) dopadajú na oblasť otvoru paraboloidu v rôznych bodoch (obr. 6.2). Odrazené signály oboch lúčov však prechádzajú rovnakou vzdialenosťou do ohniska F. To znamená, že vzdialenosť A+B=C+D. Teda všetky lúče, ktoré vysiela vysielacia anténa satelitu a na ktoré smeruje parabo zrkadlo

loidné, sú sústredené vo fáze v ohnisku F. Táto skutočnosť je dokázaná matematicky (obr. 6.3).

Voľba parametra parabola určuje hĺbku paraboloidu, teda vzdialenosť medzi vrcholom a ohniskom. Pri rovnakom priemere clony majú paraboloidy s krátkym ohniskom veľkú hĺbku, čo spôsobuje, že inštalácia žiariča v ohnisku je mimoriadne nepohodlná. Okrem toho v paraboloidoch s krátkym ohniskom je vzdialenosť od prívodu k hornej časti zrkadla oveľa menšia ako k jeho okrajom, čo vedie k nerovnomerným amplitúdam pri podávaní vĺn odrazených od okraja paraboloidu a od blízkej zóny. navrchol.

Paraboloidy s dlhým ohniskom majú menšiu hĺbku, inštalácia žiariča je pohodlnejšia a rozloženie amplitúdy sa stáva rovnomernejším. Takže s priemerom otvoru 1,2 ma parametrom 200 mm je hĺbka paraboloidu 900 mm a s parametrom 750 mm iba 240 mm. Ak parameter presahuje polomer clony, ohnisko, v ktorom by sa mal nachádzať posuv, sa nachádza mimo objemu ohraničeného paraboloidom a clonou. Optimálna možnosť je, keď je parameter o niečo väčší ako polomer clony.

Satelitná parabola je jediným zosilňovacím prvkom prijímacieho systému, ktorý nevnáša vlastný šum a nedegraduje signál a následne ani obraz. Antény so zrkadlom v tvare rotačného paraboloidu sú rozdelené do dvoch hlavných tried: symetrický parabolický reflektor a asymetrický (obr. 6.4, 6.5). Prvý typ antén sa zvyčajne nazýva priame zaostrenie, druhý - offset.

Ofsetová anténa je akoby vyrezaný segment paraboly. Ohnisko takéhoto segmentu sa nachádza pod geometrickým stredom antény. Tým sa eliminuje zatienenie užitočnej plochy antény podávačom a jej podperami, čo zvyšuje jej účinnosť pri rovnakej zrkadlovej ploche s osovo symetrickou anténou. Okrem toho je žiarič inštalovaný pod ťažiskom antény, čím sa zvyšuje jeho stabilita vo veterných podmienkach.

Práve táto konštrukcia antény je najbežnejšia pri individuálnom príjme satelitnej televízie, aj keď v súčasnosti sa používajú iné princípy konštrukcie pozemných satelitných antén.

Je vhodné použiť offsetové antény, ak je na stabilný príjem programov zvoleného satelitu potrebná veľkosť antény do 1,5 m, pretože so zväčšením celkovej plochy antény sa efekt zrkadlového tienenia stáva menej významným.

Offsetová anténa je namontovaná takmer vertikálne. V závislosti od zemepisnej šírky je jeho uhol sklonu mierny

sa mení. Táto poloha vylučuje zhromažďovanie atmosférických zrážok v miske antény, čo výrazne ovplyvňuje kvalitu príjmu.

Princíp činnosti (zaostrovania) antén s priamym ohniskom (axiálne symetrické) a ofsetové (asymetrické) je znázornené na obr. 6.6.

Pre antény sú smerové charakteristiky obzvlášť dôležité. Vďaka možnosti použiť antény s vysokou priestorovou selektivitou je príjem satelitnej televízie. Najdôležitejšími charakteristikami antén sú zisk a vyžarovací diagram.

Zisk parabolickej antény závisí od priemeru paraboloidu: čím väčší je priemer zrkadla, tým vyšší je zisk.

Závislosť zisku parabolickej antény od priemeru je uvedená nižšie.

Úlohu zisku parabolickej antény je možné analyzovať pomocou žiarovky (obr. 6.7, a). Svetlo sa rovnomerne rozptýli do okolitého priestoru a oko pozorovateľa vníma určitú úroveň osvetlenia zodpovedajúcu výkonu žiarovky.

Ak je však zdroj svetla umiestnený v ohnisku paraboloidu s 300-násobným ziskom (obr. 6.7, b), jeho lúče po odraze od povrchu paraboloidu budú rovnobežné s jeho osou a farba sila bude ekvivalentná zdroju s výkonom 13 500 wattov. Oči pozorovateľa nedokážu vnímať takéto osvetlenie. Na tejto vlastnosti je založený najmä princíp fungovania reflektora.

Paraboloid antény teda, prísne vzaté, nie je anténou v chápaní transformácie sily elektromagnetického poľa na signálové napätie. Paraboloid je len reflektor rádiových vĺn, ktorý ich sústreďuje v ohnisku, kde by mala byť umiestnená aktívna anténa (napájač).

Vzor antény (obr. 6.8) charakterizuje závislosť amplitúdy intenzity elektrického poľa E, vytvoreného v určitom bode, od smeru k tomuto bodu. V tomto prípade zostáva vzdialenosť od antény k tomuto bodu konštantná.

Zvýšenie zisku antény má za následok zúženie hlavného laloku vyžarovacieho diagramu a jeho zúženie na menej ako 1 ° vedie k potrebe zásobovať anténu sledovacím systémom, pretože geostacionárne satelity oscilujú okolo svojej stacionárnej polohy v obežná dráha. Zväčšenie šírky vyžarovacieho diagramu vedie k zníženiu zosilnenia a tým k zníženiu výkonu signálu na vstupe prijímača. Na základe toho je optimálna šírka hlavného laloku vyžarovacieho diagramu

šírka je 1 ... 2 ° za predpokladu, že vysielacia anténa satelitu je udržiavaná na obežnej dráhe s presnosťou ± 0,1 °.

Prítomnosť bočných lalokov vo vyžarovacom diagrame tiež znižuje zisk antény a zvyšuje možnosť príjmu rušenia. V mnohých ohľadoch závisí šírka a konfigurácia vyžarovacieho diagramu od tvaru a priemeru zrkadla prijímacej antény.

Najdôležitejšou charakteristikou parabolickej antény je presnosť tvaru. Mal by opakovať tvar rotačného paraboloidu s minimálnymi chybami. Presnosť tvaru určuje zisk antény a jej vyžarovací diagram.

Vyrobiť anténu s dokonalým paraboloidným povrchom je takmer nemožné. Akákoľvek odchýlka od skutočného tvaru parabolického zrkadla od ideálneho ovplyvňuje vlastnosti antény. Vznikajú fázové chyby, ktoré zhoršujú kvalitu prijímaného obrazu a znižuje sa zisk antény. K deformácii tvaru dochádza aj pri prevádzke antén: vplyvom vetra a zrážok; gravitácia; v dôsledku nerovnomerného zahrievania povrchu slnečnými lúčmi. S prihliadnutím na tieto faktory sa určí prípustná celková odchýlka profilu antény.

Kvalita materiálu ovplyvňuje aj vlastnosti antény. Na výrobu satelitných parabol sa používa hlavne oceľ a dural.

Oceľové antény sú lacnejšie ako hliníkové, ale ťažšie a náchylnejšie na koróziu, preto je u nich dôležitá najmä antikorózna úprava. Faktom je, že veľmi tenká povrchová kovová vrstva sa podieľa na odraze elektromagnetického signálu od povrchu. Ak je poškodený hrdzou, účinnosť antény sa výrazne znižuje. Je lepšie najprv pokryť oceľovú anténu tenkou ochrannou vrstvou nejakého farebného kovu (napríklad zinku) a potom ju natrieť.

Pri hliníkových anténach tieto problémy nevznikajú. Sú však o niečo drahšie. Priemysel vyrába aj plastové antény. Ich zrkadlá s tenkým kovovým povlakom podliehajú deformácii tvaru v dôsledku rôznych vonkajších vplyvov: teploty, zaťaženia vetrom a mnohých ďalších faktorov. Existujú sieťové antény, ktoré sú odolné voči zaťaženiu vetrom. Majú dobré hmotnostné charakteristiky, ale ukázali sa zle pri prijímaní signálov v pásme Ki. Je vhodné použiť takéto antény na príjem signálov v C-pásme.

Parabolická anténa na prvý pohľad vyzerá ako hrubý kus kovu, no napriek tomu si vyžaduje starostlivé zaobchádzanie pri skladovaní, preprave a inštalácii. Akékoľvek skreslenie tvaru antény vedie k prudkému zníženiu jej účinnosti a zhoršeniu kvality obrazu na televíznej obrazovke. Pri kúpe antény musíte venovať pozornosť prítomnosti skreslenia pracovnej plochy antény. Niekedy sa stáva, že keď sa na zrkadlo antény nanesú antikorózne a dekoratívne nátery, „vedie“ a má podobu vrtule. Môžete to skontrolovať umiestnením antény na rovnú podlahu: okraje antény by sa mali všade dotýkať povrchu.

Témou nášho dnešného rozhovoru je parabolická anténa. Faktom je, že mnohí mylne nazývajú všetky antény satelitnej televízie. V skutočnosti nie všetky tieto zariadenia sú parabolické antény. Toto je len jeden typ tohto zariadenia. Najprv definujme tento pojem. Takže satelit sa nazýva zrkadlové zariadenie určené na príjem signálov zo satelitov.

Teraz prejdime k zobrazeniam. Parabolická anténa je najbežnejšia z nich. Slúži na príjem rozhlasového vysielania, určený je aj pre televíziu a prístup na internet. Existujú dva typy takýchto zariadení.

Prvým typom je priame zaostrenie. Toto je klasický typ paraboloidu revolúcie. Táto parabolická anténa môže pracovať v C-pásme aj Ku-pásme. Zariadenie je možné prevádzkovať aj v kombinovanom režime. Druhým typom je offsetová anténa. Tento typ je najbežnejší pre individuálny príjem satelitného vysielania. Táto anténa je eliptický paraboloid. Ohnisko tohto segmentu je nižšie ako geometrický stred zariadenia.

Toto usporiadanie prispieva k eliminácii tienenia úžitkovej plochy ako žiaričom, tak aj jeho podperami. Preto má táto parabolická anténa vyšší koeficient ako predchádzajúca verzia pre rovnakú odraznú plochu. A nastavenie žiariča nižšie ako je ťažisko antény umožňuje zvýšiť jeho stabilitu pri vystavení vetru, pretože je namontovaný takmer vertikálne.

Vďaka umiestneniu antény v miske je vylúčené preťaženie.Ako viete, môžu dosť silne ovplyvniť kvalitu signálu. Uhol sklonu tejto antény sa môže líšiť v závislosti od polohy v konkrétnej zemepisnej šírke. Tento typ antény pracuje v rovnakých rozsahoch ako priame zaostrenie.

Ďalšou odrodou sú toroidné antény. Tento produkt patrí do novej kategórie satelitného príjmu (bez otáčacích zariadení). Táto anténa sa od všetkých doterajších zariadení líši tým, že jej parabola má lepšie riešenú odrazovú plochu. Vďaka druhému reflektoru je možné osadiť väčší počet prevodníkov príjmu signálu.

Táto anténa je vyrobená zo špeciálnej pozinkovanej ocele, ktorá je potiahnutá polyesterovým lakom. Na jeho držiak je možné umiestniť maximálne 16 meničov. Medzi nimi je povolená vzdialenosť najmenej 3 stupne. Je pravda, že inštalácia vyžaduje prísne dodržiavanie uhla, sklonu a azimutu. Výhoda tejto antény spočíva v tom, že je možné na ňu namontovať špeciálny motor, ktorý je schopný natočiť zariadenie v smere požadovaného satelitu.

Nedávno bola relevantná parabolická anténa WiFi. Ako ste uhádli podľa názvu, je schopný pracovať bez káblového pripojenia. To je v zásade všetko, čo som vám chcel povedať o anténach.

Príjem signálov satelitnej televízie sa uskutočňuje pomocou špeciálnych prijímačov, ktorých neoddeliteľnou súčasťou je anténa. Parabolické antény sú najpopulárnejšie pre profesionálne a amatérske vysielanie zo satelitov, kvôli vlastnosti rotačného paraboloidu odrážať lúče dopadajúce na jeho otvor rovnobežne s osou do jedného bodu, nazývaného ohnisko. Apertúra je časť roviny ohraničená okrajom rotačného paraboloidu.

Rotačný paraboloid, ktorý sa používa ako anténny reflektor, je vytvorený rotáciou plochej paraboly okolo svojej osi. Parabola je miesto bodov rovnako vzdialených od daného bodu (ohniska) a danej priamky (smernice) (obr. 6.1). Bod F je ohnisko a čiara AB je priamka. Bod M so súradnicami x, y je jedným z bodov paraboly. Vzdialenosť medzi ohniskom a smerovou čiarou sa nazýva parameter paraboly a označuje sa písmenom p. Potom súradnice ohniska F sú: (p/2, 0). Počiatok súradníc (bod 0) sa nazýva vrchol paraboly.

Podľa definície paraboly sú segmenty MF a PM rovnaké. Podľa Pytagorovej vety MF^2 =FK^2+ MK^2. Súčasne FK = x - p/2, KM = y a PM = x + p/2, potom (x - p/2)^2 + y^2 = (x + p/2)^2.

Umocnením výrazov v zátvorkách a uvedením podobných výrazov nakoniec získame kanonickú rovnicu paraboly:

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

Podľa tohto klasického vzorca boli vyrobené milióny antén na príjem signálov satelitnej televízie. Čo sa týka tejto antény?

Rovnobežne s osou paraboloidu prechádzajú lúče (rádiové vlny) zo satelitu odrazené od clony do ohniska rovnako (ohnisková vzdialenosť). Bežne dva lúče (1 a 2) dopadajú na oblasť otvoru paraboloidu v rôznych bodoch (obr. 6.2). Odrazené signály oboch lúčov však prechádzajú rovnakou vzdialenosťou do ohniska F. To znamená, že vzdialenosť A+B=C+D. Všetky lúče, ktoré vysiela vysielacia anténa družice a na ktoré smeruje paraboloidné zrkadlo, sú teda sústredené vo fáze v ohnisku F. Táto skutočnosť je dokázaná matematicky (obr. 6.3).

Voľba parametra parabola určuje hĺbku paraboloidu, teda vzdialenosť medzi vrcholom a ohniskom. Pri rovnakom priemere clony majú paraboloidy s krátkym ohniskom veľkú hĺbku, čo spôsobuje, že inštalácia žiariča v ohnisku je mimoriadne nepohodlná. Okrem toho v paraboloidoch s krátkym ohniskom je vzdialenosť od prívodu k hornej časti zrkadla oveľa menšia ako k jeho okrajom, čo vedie k nerovnomerným amplitúdam pri podávaní vĺn odrazených od okraja paraboloidu a od blízkej zóny. navrchol.

Paraboloidy s dlhým ohniskom majú menšiu hĺbku, inštalácia žiariča je pohodlnejšia a rozloženie amplitúdy sa stáva rovnomernejším. Takže s priemerom otvoru 1,2 ma parametrom 200 mm je hĺbka paraboloidu 900 mm a s parametrom 750 mm iba 240 mm. Ak parameter presahuje polomer clony, ohnisko, v ktorom by sa mal nachádzať posuv, sa nachádza mimo objemu ohraničeného paraboloidom a clonou. Optimálna možnosť je, keď je parameter o niečo väčší ako polomer clony.

Satelitná parabola je jediným zosilňovacím prvkom prijímacieho systému, ktorý nevnáša vlastný šum a nedegraduje signál a následne ani obraz. Antény so zrkadlom v tvare rotačného paraboloidu sú rozdelené do dvoch hlavných tried: symetrický parabolický reflektor a asymetrický (obr. 6.4, 6.5). Prvý typ antén sa zvyčajne nazýva priame zaostrenie, druhý - offset.

Ofsetová anténa je akoby vyrezaný segment paraboly. Ohnisko takéhoto segmentu sa nachádza pod geometrickým stredom antény. Tým sa eliminuje zatienenie užitočnej plochy antény podávačom a jej podperami, čo zvyšuje jej účinnosť pri rovnakej zrkadlovej ploche s osovo symetrickou anténou. Okrem toho je napájanie inštalované pod ťažiskom antény, čím sa zvyšuje jej stabilita pri zaťažení vetrom.

Práve táto konštrukcia antény je najbežnejšia pri individuálnom príjme satelitnej televízie, aj keď v súčasnosti sa používajú iné princípy konštrukcie pozemných satelitných antén.

Je vhodné použiť offsetové antény, ak je na stabilný príjem programov zvoleného satelitu potrebná veľkosť antény do 1,5 m, pretože so zväčšením celkovej plochy antény sa efekt zrkadlového tienenia stáva menej významným.

Offsetová anténa je namontovaná takmer vertikálne. V závislosti od zemepisnej šírky sa jeho uhol sklonu mierne líši. Táto poloha vylučuje zhromažďovanie atmosférických zrážok v miske antény, čo výrazne ovplyvňuje kvalitu príjmu.

Princíp činnosti (zaostrovania) antén s priamym ohniskom (axiálne symetrické) a ofsetové (asymetrické) je znázornené na obr. 6.6.

Pre antény sú smerové charakteristiky obzvlášť dôležité. Vďaka možnosti použiť antény s vysokou priestorovou selektivitou je príjem satelitnej televízie. Najdôležitejšími charakteristikami antén sú zisk a vyžarovací diagram.

Zisk parabolickej antény závisí od priemeru paraboloidu: čím väčší je priemer zrkadla, tým vyšší je zisk.

Závislosť zisku parabolickej antény od priemeru je uvedená nižšie.

Úlohu zisku parabolickej antény je možné analyzovať pomocou žiarovky (obr. 6.7, a). Svetlo sa rovnomerne rozptýli do okolitého priestoru a oko pozorovateľa vníma určitú úroveň osvetlenia zodpovedajúcu výkonu žiarovky.

Ak je však zdroj svetla umiestnený v ohnisku paraboloidu s 300-násobným ziskom (obr. 6.7, b), jeho lúče po odraze od povrchu paraboloidu budú rovnobežné s jeho osou a farba sila bude ekvivalentná zdroju s výkonom 13 500 wattov. Oči pozorovateľa nedokážu vnímať takéto osvetlenie. Na tejto vlastnosti je založený najmä princíp fungovania reflektora.

Paraboloid antény teda, prísne vzaté, nie je anténou v chápaní transformácie sily elektromagnetického poľa na signálové napätie. Paraboloid je len reflektor rádiových vĺn, ktorý ich sústreďuje v ohnisku, kde by mala byť umiestnená aktívna anténa (napájač).

Vzor antény (obr. 6.8) charakterizuje závislosť amplitúdy intenzity elektrického poľa E, vytvoreného v určitom bode, od smeru k tomuto bodu. V tomto prípade zostáva vzdialenosť od antény k tomuto bodu konštantná.

Zvýšenie zisku antény má za následok zúženie hlavného laloku vyžarovacieho diagramu a jeho zúženie na menej ako 1 ° vedie k potrebe zásobovať anténu sledovacím systémom, pretože geostacionárne satelity oscilujú okolo svojej stacionárnej polohy v obežná dráha. Zväčšenie šírky vyžarovacieho diagramu vedie k zníženiu zosilnenia a tým k zníženiu výkonu signálu na vstupe prijímača. Na základe toho je optimálna šírka hlavného laloku vyžarovacieho diagramu šírka 1 ... 2 ° za predpokladu, že vysielacia satelitná anténa je udržiavaná na obežnej dráhe s presnosťou ± 0,1 °.

Prítomnosť bočných lalokov vo vyžarovacom diagrame tiež znižuje zisk antény a zvyšuje možnosť príjmu rušenia. V mnohých ohľadoch závisí šírka a konfigurácia vyžarovacieho diagramu od tvaru a priemeru zrkadla prijímacej antény.

Najdôležitejšou charakteristikou parabolickej antény je presnosť tvaru. Mal by opakovať tvar rotačného paraboloidu s minimálnymi chybami. Presnosť tvaru určuje zisk antény a jej vyžarovací diagram.

Vyrobiť anténu s dokonalým paraboloidným povrchom je takmer nemožné. Akákoľvek odchýlka od skutočného tvaru parabolického zrkadla od ideálneho ovplyvňuje vlastnosti antény. Vznikajú fázové chyby, ktoré zhoršujú kvalitu prijímaného obrazu a znižuje sa zisk antény. K deformácii tvaru dochádza aj pri prevádzke antén: vplyvom vetra a zrážok; gravitácia; v dôsledku nerovnomerného zahrievania povrchu slnečnými lúčmi. S prihliadnutím na tieto faktory sa určí prípustná celková odchýlka profilu antény.

Kvalita materiálu ovplyvňuje aj vlastnosti antény. Na výrobu satelitných parabol sa používa hlavne oceľ a dural.

Oceľové antény sú lacnejšie ako hliníkové, ale ťažšie a náchylnejšie na koróziu, preto je u nich dôležitá najmä antikorózna úprava. Faktom je, že veľmi tenká povrchová kovová vrstva sa podieľa na odraze elektromagnetického signálu od povrchu. Ak je poškodený hrdzou, účinnosť antény sa výrazne znižuje. Je lepšie najprv pokryť oceľovú anténu tenkou ochrannou vrstvou nejakého farebného kovu (napríklad zinku) a potom ju natrieť.

Pri hliníkových anténach tieto problémy nevznikajú. Sú však o niečo drahšie. Priemysel vyrába aj plastové antény. Ich zrkadlá s tenkým kovovým povlakom podliehajú deformácii tvaru v dôsledku rôznych vonkajších vplyvov: teploty, zaťaženia vetrom a mnohých ďalších faktorov. Existujú sieťové antény, ktoré sú odolné voči zaťaženiu vetrom. Majú dobré hmotnostné charakteristiky, ale ukázali sa zle pri prijímaní signálov v pásme Ki. Je vhodné použiť takéto antény na príjem signálov v C-pásme.

Parabolická anténa na prvý pohľad vyzerá ako hrubý kus kovu, no napriek tomu si vyžaduje starostlivé zaobchádzanie pri skladovaní, preprave a inštalácii. Akékoľvek skreslenie tvaru antény vedie k prudkému zníženiu jej účinnosti a zhoršeniu kvality obrazu na televíznej obrazovke. Pri kúpe antény musíte venovať pozornosť prítomnosti skreslenia pracovnej plochy antény. Niekedy sa stáva, že keď sa na zrkadlo antény nanesú antikorózne a dekoratívne nátery, „vedie“ a má podobu vrtule. Môžete to skontrolovať umiestnením antény na rovnú podlahu: okraje antény by sa mali všade dotýkať povrchu.