Антени для прийому з супутників-ретрансляторів Вимоги, що пред'являються до антен для прийому з супутників-ретрансляторів
Антени є невід'ємною частиною приймального пристрою. Електромагнітні хвилі довгих, середніх, коротких, ультракоротких діапазонів, розповсюджуючись у вільному просторі, наводять в них струми, які подаються у вхідні каскади приймальних пристроїв.
Антени, призначені для прийому телевізійних сигналів з супутників-ретрансляторів, приймають електромагнітні хвилі СВЧ діапазону (довжина хвилі 1...3 см) вельми низького рівня, який практично порівняємо з рівнем природних шумів і перешкод. Тому такі антени мають:
великий коефіцієнт посилення;
низьку шумову температуру;
гостру діаграму спрямованості;
малий рівень бічних пелюсток;
велику поверхню для "збору" електромагнітних хвиль. Приведеним умовам значною мірою задовольняють
антени параболоїдного типу, плоскі (планарные) антени - фазовані антенні грати (Фари), сферичні антени і тому подібне
Але найбільш широкого поширення набули параболоїдні антени, тобто антени, що використовують як збираючу поверхню, що відображає (переизлучающей), внутрішню поверхню параболоїда обертання і первинний опромінювач.
Параболоїдна поверхня не є безпосередньо антеною, а тільки її складовою вельми важливою конструктивною частиною. Вона призначена для збору, віддзеркалення (переизлучения) електромагнітних хвиль СВЧ, падаючих на неї і для напряму їх у фокус, на розміщений там первинний опромінювач. Він, будучи сам невеликою субантеною, представляє активну частину загальної антени. Параметри первинного опромінювача і поверхні параболоїда, а також їх взаємне розташування, формують в цілому параметри параболоїдної антени.
Основні визначення параболоїдних антен для прийому електромагнітних хвиль свч
Розкривши параболоїдної антени або апертура (від латинського aperture - отвір) - це площина, обмежена зовнішніми краями параболоїда. Розкривши має форму круга діаметру D (мал. 5.1) для прямофокусной антени і форму еліпса для офсетної антени з малим діаметром D.
За фокусну відстань f параболоїдного рефлектора береться найкоротша відстань від будь-якої точки його поверхні до фокусу - точки F. Воно, як видно, для точок поверхні, що не належать одному перетину, - тобто кола, разное (FO < FOt< F02).
Кут полураскрыва
параболоїда
- це кут між віссю параболоїда OF і лінією,
що сполучає фокус F з будь-якою крайньою
точкою раскрыва параболоїда: F03; F02 і
тому подібне Необхідно відзначити, що
геометричні розміри параболоїда повністю
визначаються діаметром раскрыва D і
фокусною відстанню f, наприклад, кут
полураскрыва
= arc ctg 4 f / D.
Мал. 5.1. Параболоїдна поверхня
осесиметричної антени для прийому з
супутників
і для приймальних антен. Тільки для приймальних антен все розуміється інакше, навпаки. Якщо, наприклад, про передавальну антену мовиться: "параболоїд відображає електромагнітні хвилі, падаючі від первинного опромінювача на його поверхню, направляє їх в розкривши антени (апертуру)", то для приймальної антени це звучить так - "параболоїд збирає падаючі в його розкривши електромагнітні хвилі і направляє (переизлучая) їх у фокус, на розміщений там же первинний опромінювач". Ці два підходи, кінець кінцем, відображають принцип оборотності, одним із следствий якого є те, що для електромагнітних хвиль антени для прийому і антени для передачі не відрізняються один від одного і завжди взаємозамінні, якщо навіть вони мають різні конструкції. Тут можуть бути, звичайно, деякі технічні обмеження. Наприклад, якщо потужність передавача така велика, що його не можна підключати до приймальної антени, розрахованої на малу електричну міцність, тоді можливі деякі відмінності. Слід зазначити, що принцип оборотності має велике практичне застосування, оскільки дозволяє використовувати одну і ту ж антену як приймальні і як передавальна, наприклад, приемо-передающие радіолокації, літакові та інші, тобто в основному антени, що встановлюються на рухомих об'єктах.
Основні параметри антен для прийому з супутників
Антени для прийому супутникового телевізійного віщання характеризуються: діапазоном частот електромагнітних хвиль, що приймаються; спрямованістю випромінювання; коефіцієнтом посилення; шумовою температурою або коефіцієнтом шуму; кроссполяризационными втратами і вони відносяться до направлених антен, тобто інтенсивність випромінювання у них на одній і тій же відстані у різних напрямах різна. Це відбивається в діаграмі спрямованості (мал. 5.2).
Діаграма спрямованості - графічно відбита залежність електромагнітного випромінювання від напряму за умови вимірювання випромінювання на однакових відстанях від антени. Електромагнітне випромінювання характеризується амплітудою, фазою і поляризацією. Для практичних цілей, в основному, використовується амплітудна характеристика спрямованості.
Ширина основної пелюстки діаграми спрямованості -это кутовий сектор, в межах якого напруженість поля випромінюваної електромагнітної хвилі складає 0,707 величин напруженості поля її в головному напрямі. Це відповідає половинному зменшенню потужності головного напряму
Мал. 5.2. Діаграма спрямованості антени в полярних координатах для прийому телепередач з супутників
Ширина променя
основної пелюстки діаграми спрямованості
на рівні половинної потужності для
параболоїдних антен складає 1,02
(радий) або
58,4
(град).
Бічні пелюстки діаграми спрямованості - це побічні канали прийому/передачі. В більшості випадків зовсім не бажані, оскільки через них можливе попадання перешкод в основний канал прийому або створення перешкод іншим системам при передачі, тому вони повинні бути мінімальними.
Для наземних приймальних пристроїв діапазону СВЧ розроблені антени малих розмірів, що мають гостру, (голкову) спрямованість основної пелюстки і невеликі рівні бічні. На мал. 5.3 як приклад показана діаграма спрямованості в горизонтальній площині, знята для реальної антени на частоті 11,2 Ггц з параболоїдним металевим дзеркалом діаметром 0,76 м.
Коефіцієнт направленої дії антени (к.н.д.) -это відношення щільності потоку потужності, випромінюваною антеною у напрямі максимального випромінювання, до щільності потоку потужності випромінювання ізотропної антени, узятих на рівних відстанях і при однакових випромінюваних потужностях.
Коефіцієнт посилення антени - це твір максимального значення к.н.д. на коефіцієнт використання площі раскрыва.
Мал. 5.3. Діаграма спрямованості антени в горизонтальній площині з параболоїдним металевим дзеркалом діаметром 0,76 м на частоті 11,2 Ггц з малим рівнем бічних пелюсток
Коефіцієнт посилення антени за відсутності великих неоднородностей поверхні дзеркала розраховується по формулі:
ДБ (5.1)
де S - площа раскрыва апертури; А. - довжина хвилі сигналу, що приймається; т)а = 0,5...0,7 - коефіцієнт використання площі раскрыва (для антен невеликого діаметру береться менше його значення); у - коефіцієнт корисної дії антени в цілому (відношення потужності випромінюваною до потужності що підводиться до антени).
Найбільш поширені типи параболоїдних антен для прийому з супутників
До найбільш поширених типів антен для прийому супутникового телевізійного віщання відносяться:
антена з переднім живленням (осесиметрична) - прямофо-кусная (мал. 5.4, а);
антена, з переднім живленням (неосесиметричная) - офсетна (мал. 5.4, би);
двузеркальная осесиметрична антена - антена Кассег-рена (мал. 5.4, в);
двузеркальная офсетна (неосесиметрична) - антена Грегорі (мал. 5.4, г).
Як видно, найбільш істотна частина, що відрізняє один тип антени від іншого, - це положення первинного опромінювача по відношенню до основного дзеркала.
Мал. 5.4. Пристрої часто вживаних типів параболоїдних антен
Основним дзеркалом є параболоїд, точніше внутрішню поверхню параболоїда, металеву або металізовану. Для роботи в діапазоні СВЧ дуже важлива якість цієї поверхні, яка для електромагнітних хвиль, що приймаються, повинна бути дзеркальною. Але не можна розуміти в буквальному розумінні, що антена в цьому випадку має дзеркальну поверхню. Будь-яка поверхня, здатна відображати електромагнітні хвилі, буде дзеркальною для довжин хвиль багато більших, ніж розмір її неоднородностей. Зазвичай вважають, що розмір неоднородностей не повинен перевищувати /8, де - довжина хвилі. Проте для параболоїдної поверхні, що приймає і відображає електромагнітні хвилі діапазону 10,5.. 12,5 Ггц, необхідна вища якість поверхні, оскільки вплив неоднородностей тут позначається двічі - при падінні хвиль на поверхню і при віддзеркаленні їх від поверхні. Тому розміри неоднородностей не повинні перевищувати 15... /20. Слід зазначити, що для високоякісних антен вимоги до поверхні ще строгіші і розмір неоднородностей у них не перевищує /25. Від якості поверхні параболоїда, точність його форми залежить ширина діаграми спрямованості антени, її коефіцієнт посилення, рівень бічних пелюсток і шумові параметри.