Приймальні супутникові антени
параболічні антени
Прийом сигналів супутникового телебачення здійснюється спеціальними приймальними пристроями, складовою частиною яких є антена. Для професійного і аматорського прийомів передач з ШСЗ найбільш популярні параболічні антени, завдяки властивості параболоїда обертання відображати падаючі на його апертуру паралельні осі промені в одну точку, звану фокусом. Апаратура - це частина площини, обмежена кромкою параболоїда обертання.
Параболоїд обертання, який використовується як відбивач антени, утворюється обертанням плоскої параболи навколо її осі. Параболою називається геометричне місце точок, рівновіддалених від заданої точки (фокуса) і заданої прямої (директриси) (рис. 6.1). Точка F - фокус і лінія АВ - директриса. Точка М з координатами х, у - одна з точок параболи. Відстань між фокусом і директоркою називається параметром параболи і позначається буквою р. Тоді координати фокуса F наступні: (р / 2, 0). Початок координат (точка 0) називається вершиною параболи.
За визначенням параболи відрізки MF і РМ рівні. Згідно з теоремою Піфагора MF ^ 2 = FK ^ 2 + MK ^ 2. У той же час FK = = х - р / 2, КМ = у і РМ = х + р / 2, тоді (х - р / 2) ^ 2 + у ^ 2 = (х + р / 2) ^ 2.
Зводячи в квадрат вирази в дужках і приводячи подібні члени, остаточно отримуємо канонічне рівняння параболи:
у ^ 2 = 2рх, або у = (2рх) ^ 0.5. (6.1)
За цій класичній формулі зроблені мільйони антен для прийому сигналів супутникового телебачення. Чим же заслужила увагу дана антена?
Паралельні осі параболоїда, промені (радіохвилі) від супутника, відбиті від апертури до фокусу, проходять однакову (фокусна відстань). Умовно два променя (1 і 2) падають на площу розкриву параболоїда в різних точках (рис. 6.2). Однак відбиті сигнали обох променів проходять до фокусу F однакову відстань. Це означає, що відстань A + B = C + D. Таким чином, всі промені, які випромінює передавальна антена супутника і на яку направлено дзеркало параболоїда, концентруються синфазно у фокусі F. Цей факт доводиться математично (рис. 6.3).
Вибір параметра параболи визначає глибину параболоїда, т. Е. Відстань між вершиною і фокусом. При однаковому діаметрі апертури короткофокусні Параболоїд володіють великою глибиною, що робить вкрай незручним установку опромінювача у фокусі. Крім того, в короткофокусних параболоїда відстань від опромінювача до вершини дзеркала значно менше, ніж до його країв, що призводить до нерівномірності амплітуд у опромінювача для хвиль, що відбилися від кромки параболоїда і від зони, близької до вершини.
Довгофокусні параболоїди мають меншу глибину, установка опромінювача є більш зручною і амплітудне розподіл стає більш рівномірним. Так, при діаметрі апертури 1,2 м і параметрі 200 мм глибина параболоїда дорівнює 900 мм, а при параметрі 750 мм - всього 240 мм. Якщо параметр перевищує радіус апертури, фокус, в якому повинен знаходитися опромінювач, розташовується поза об'ємом, обмеженого параболоїдом і апертурою. Оптимальним вважається варіант, коли параметр дещо більше, ніж радіус апертури.
Супутникова антена - єдиний підсилюючий елемент приймальної системи, який не вносить власних шумів і не погіршує сигнал, а отже, і зображення. Антени з дзеркалом у вигляді параболоїда обертання діляться на два основні класи: симетричний параболічний рефлектор і асиметричний (рис. 6.4, 6.5). Перший тип антен прийнято називати прямофокусную,
Офсетна антена є як би вирізаним сегментом параболи. Фокус такого сегменту розташований нижче геометричного центру антени. Це усуває затінення корисної площі антени опромінювачем і його опорами, що підвищує її коефіцієнт корисної використання при однаковій площі дзеркала з осесиметричною антеною. До того ж, опромінювач встановлений нижче за центр тяжіння антени, тим самим збільшуючи її стійкість при вітрових нагрузках.Іменно така конструкція антени найбільш розповсюджена в індивідуальному прийомі супутникового телебачення, хоча в даний час використовуються і інші принципи побудови наземних супутникових антенн.Офсетние антени доцільно використовувати, якщо для стійкого прийому програм вибраного супутника необхідний розмір антени до 1,5 м, так як зі збільшенням загальної площі антени ефект затінення дзеркала становит я менш значітельним.Офсетная антена кріпиться майже вертикально. Залежно від географічної широти кут її нахилу трохи
змінюється. Таке положення виключає збирання в чаші антени атмосферних опадів, які сильно впливають на якість прийому.
Принцип роботи (фокусування) прямофокусной (осесиметричної) і офсетного (асиметричною) антен показаний на рис. 6.6.
Для антен особливе значення мають характеристики спрямованості. Завдяки можливості використовувати антени з високою просторовою вибірковістю здійснюється прийом супутникового телебачення. Найважливішими характеристиками антен є коефіцієнт посилення і діаграма спрямованості.
Коефіцієнт посилення параболічної антени залежить від діаметру параболоїда: чим більше діаметр дзеркала, тим вище коефіцієнт посилення.
Залежність коефіцієнта посилення параболічної антени від діаметру приведена нижче.
Роль коефіцієнта посилення пааболіческой антени можна проаналізувати за допомогою електричної лампочки (рис. 6.7, а). Світло рівномірно розсіюється в навколишній простір, і очей спостерігача відчуває певний рівень освітленості, відповідний потужності електролампочки.
Мал. 6.7. Пояснення значення коефіцієнта посилення параболічної антени:
а-електрична лампочка в вільному просторі
б-електрична лампочка в фокусі антени
Однак якщо джерело світла помістити у фокус параболоїда з коефіцієнтом посилення 300 раз (рис. 6.7, б), його промені після віддзеркалення поверхнею параболоїда опиняться паралельні його осі, а сила кольору буде еквівалентна джерелу потужністю 12 000 Вт. Таку освітленість очей спостерігача сприйняти не може. На цій властивості, зокрема, заснований принцип роботи прожектора.
Таким чином, антенний параболоїд, строго кажучи, не є антеною в її розумінні перетворення напруженості електромагнітного поля в напругу сигналу. Параболоїд - це лише відбивач радіохвиль, що концентрує їх у фокусі, куди і повинна бути помішані активна антена (опромінювач).
Діаграма спрямованості антени (рис. 6.8) характеризує залежність амплітуди напруженості електричного поля Е, створюваного в деякій точці, від напрямку на цю точку. При цьому відстань від антени до даної точки залишається постійним.
Збільшення коефіцієнта посилення антени тягне за собою звуження головної пелюстки діаграми спрямованості, а звуження його до величини менше 1 ° приводить до необхідності забезпечувати антену системою стеження, так як геостаціонарні супутники роблять коливання навколо свого стаціонарного стану на орбіті. Збільшення ширини діаграми спрямованості призводить до зниження коефіцієнта посилення, а значить, і до зменшення потужності сигналу на вході приймача. Виходячи з цього, оптимальною шириною головної пелюстки діаграми спрямованості є ширина в 1. 2 ° за умови
