ПОДЕЛИТЬСЯ
Эта статья написана после очередного посещения  далёких стран, вследствия почти профессионального взгляда  на спутниковые антенны, расположенные в разных уголках земного шара.

Так, в Юго-Восточной Азии антенны смотрят почти в небо (т.к. находятся близко к экватору) и являются большими сегментными перфорированными прямофокусными чашами, противостоящими штормам и стихии. Как ни странно в Северной Африке антенны имеют такие же гигантские размеры (от 1.5 м) и направлены на европейские спутниковые группировки, представляя собой или пластиковые или сетчатые параболы. Как правило, все эти антенны прямофокусные и в подавляющем большинстве — сегментные. После пристального изучения крыш домов и многочисленных вопросов: “Почему совсем мало офсетных антенн?” Вразумительного ответа не было получено, что натолкнуло на размышления относительно того, что сегмент параболической прямофокусной антенны диаметром 1,8 метра сам по себе является как бы “офсетной антенной” но в совокупности с пятью такими же лепестками. Путешествуя по Красному морю и Сиамскому заливу на яхтах, взгляд часто “падал” на круглые сферические антенны для навигации и приема сигналов со спутника. Как оказалось внутри этих сфер установлены прямофокусные моторизованные антенны от фирмы Seatеl.
Зная, что офсетная антенна — это “хитрым образом” вырезанная часть сферы (избранная часть с фокусом в определённом месте), возникла идея. А нельзя ли использовать один сегмент (лепесток) обычной прямофокусной параболы не важно, какого она типа (сетчатая, пластиковая, металлическая), для приёма сигналов в Ku-диапазоне с мощных спутников типа Sirius, Eutelsat W4 и др.?

Лепесток (боковой лепесток) – электромагнитная область переизлучения сигнала собирающая его в  созвездие  в фокусе антенны. Коэффициент усиления антенны напрямую зависит от диаметра. Боковые лепестки аналогичная электромагнитная область сбора, но с более низким коэффициентом усиления. Боковые лепестки расположены вокруг основного. Для антенн большого диаметра от 1,5 метра они являются критичными  при построении мульфидов. Иногда это понятие обозначается как угол раскрыва и зависит от коротко  или длинно фокусности параболы. Угол раскрыва  характеризует в градусах точность прицеливания антенны. Так для антенн  менее 1,0 метра  это значение составляет 3-4˚, для антенн от одного метра и более  это значение соответственно  равно 1.0˚- 1.5˚ и менее.

Ранее накопленный опыт работы с большими сегментными антеннами подталкивал на смелый эксперимент — попытаться принять сигнал на антенну предварительно настроенную на какой-либо спутник методом демонтажа “лишних” сегментов. Так как общеизвестно, что офсетная антенна имеет некоторый угол по отношению к горизонту, то была предпринята попытка демонтировать три нижних сегмента. После чего, как ни странно, сигнал принимался, но с ощутимым ослаблением. Поразмыслив над геометрией отдельного сегмента, было принято решение демонтировать два верхних сегмента. После чего сигнал упал до критического уровня. Настройка конвертора путём поворота вправо или влево и вокруг своей оси для компенсации угла относительно орбиты не дали положительного результата. Это натолкнуло на мысль об угле, если хотите “угле офсетности сегмента”. Подробнее познакомится, с этим понятием поможет, простенькая программа “ParaFocus” (разработчик — Ивлев Павел). Она свободно доступна в сети интернет.
После нескольких простых вычислений угла деклинации, места установки и азимута, выяснилось что теоретически приём возможен на верхний сегмент, который расположен справа, если стать позади антенны, то есть угол компенсации конвертора относительно горизонта по отношению к орбите группировки спутников вероятнее всего будет зависеть от наклона сегмента антенны в прямой зависимости от поляризации. Расчет фокусного расстояния при этом не потребовался, так как антенна имеет штатное крепление конвертора, и ошибиться при его установке невозможно. Однако подобрать оптимальное положение относительно так называемого “офсетного зеркала” допустимо. Наведение антенны на солнце и поиск фокуса по солнечному сфокусированному “зайцу” подтвердили правильность фокусного расположения конвертора. Основательно подготовившись, была предпринята попытка принять сигнал, при этом был использован конвертор с отношением “сигнал\шум” с типовым значением 0,5 db. После нескольких попыток сигнал был принят на пороговом уровне. Далее потребовалось подстроить сам сегмент перенацелив его по уже захваченному сигналу, добиваясь максимума приёма уже положением самого конвертора. Приём на левую часть сегментного “монстра” если смотреть сзади антенны дал более или менее положительные результаты.

Сегмент (фрагмент) – некая материальная геометрически правильная часть антенного зеркала. Как правило, только для сборных антенн с прямым фокусом   парабол диаметром от 1,5 метра. Стандартно по умолчанию такие антенны состоят из шести сегментов, в редких случаях из трёх. Каждый сегмент представляет собой или перфорированную или гладкую поверхность с  обязательными боковыми усиленными кромками (рёбрами жёсткости) для увеличения ветроустойчивости после сборки. После сборки такая антенна, как правило, имеет в центре технологическое отверстие  для уменьшения парусности. Тороидальные и двухзеркальные антенны условно можно классифицировать как сегментные, так как они  состоят более чем из одного зеркала и имеют более одного фокуса.

Проведя такой эксперимент можно утверждать:

  • в некоторой части геометрия сегмента параболы позволяет получить геометрию офсетной антенны;
  • фокусное расстояние сегмента лучше всего определять по солнцу;
  • применять конвертор с типовым значением (рекомендованным) 0.3 -0.5 db под 40 мм фланец;
  • коэффициент переизлучения поверхности круглой параболической антенны с прямым фокусом на практике оказывается в зоне боковых лепестков. Что позволяет применять, как ни странно, мультифиды на круглых антеннах с прямым фокусом, при этом какая-то часть самого зеркала как бы “не работает”, а приём происходит на какую-то определённую “магическую” часть — то есть в нашем случае на нематериальный сегмент антенны;
  • расположение же самого конвертора относительно “сегмента” зависит в первую очередь от принимаемого спутника и его поляризации, что позволяет добиться уровня сигнала – 3 db,что вполне достаточно для отображения картинки без “рассыпания” на квадраты в хорошую погоду.

Запуск на геостационарную орбиту новых спутников образующих новые спутниковые группировки с улучшенными показателями мощности зон покрытия позволяет принимать некоторые самые мощные сигналы на такую “экзотическую антенну”. В целях эксперимента были предприняты попытки принять спутники EUTELSAT W4 (36 в.д.) и ABS1 (75 в.д.). Прием сигнала возможен, что подтверждается устойчивым приёмом в европейской части континента офсетными антеннами не более 85 см, но не менее 50 см.
“Волшебный лепесток” равноценен по силе усиления сигнала офсетной антенне от 0.8 метра и более, что позволяет принимать сигнал на экзотические антенны в экстремальных конструкторских находках. Имея шесть сегментов, можно использовать совместно по два сегмента, тем самым, получив из одной прямофокусной антенны три “усечённых” офсетных антенны или шесть независимых офсетных антенных зеркал при недостаточных финансовых или фарсмажорных обстоятельствах.
Размещение лепестка параболы узким концом к земле с наклоном под нужную поляризацию, соблюдая правила установки обычных офсетных антенн позволяет монтировать сегменты без опор и специальных держателей\кронштейнов “партизанским” способом в любых местах, там где есть острая необходимость в коммуникациях. Применение сегмента от парабол нельзя рекомендовать как альтернативу офсетным фабричным антеннам со штатным креплением. Однако при построении мультифидов на параболических антеннах с прямым фокусом позволит читателю легче понять, как работает антенна в целом, и какая именно часть (сегмент) позволяет принять тот или иной спутник на конкретный малошумящий блок в мультифиде.
Разумеется, идея принять сигнал в C –диапазоне была отвергнута, опираясь на длину волны и на размеры приемных блоков. Говоря о C –диапазоне нужно отметить, что длина волны гораздо дольше и, тем не менее, находятся энтузиасты, которые самостоятельно изготавливают параболы. Технологий, способов и вариантов изготовления прямофокусных антенн в литературе более чем предостаточно. Есть варианты даже горизонтального размещения антенного зеркала в земле с переизлучением как на обычных тороидальных двухзеркальных антеннах с непрямым фокусом Ku-диапазона. Антенну же С-диапазона, возможно построить даже из дерева, покрыв чашу фрагментами листового материала или фольгой.

Переизлучение – свойство поверхности антенны в зависимости от формы материала, размера и месторасположения, отражать полученный сигнал с минимально возможными потерями в определённую точку в зависимости от геометрии антенны или сегмента. Переизлучение достигается за счёт максимально возможной идеальной геометрически точно выдержанной поверхности зеркала (не важно, сегментная или перфорированная  или цельная антенна)  и соблюдения правильной геометрической формы самой параболы или офсета по отношению к облучателю конвертора.

lepestok_foto1На фото из журнала “Телесаттелайт” представлена такая антенна. Фото сделано в провинции Дарфур в Судане во время войны. Эта “экзотическая” антенна принимает сигналы С-диапазона и как оказалось менее критична к геометрии поверхности переизлучения, так как С-диапазон имеет длину λ=~58-60 см, что и дало возможность построить чашу из подручных материалов, поместив конвертор более или менее в фокусе конструкции. К сожалению неизвестна температура шума применённого конвертора, предположительно он соответствует типовому значению 17 Кельвинов как на серийных образцах фабричного производства. Как видим энтузиастам спутникового DX-приёма удаётся воплотить в жизнь казалось бы, несуразные идеи. Но, как показывает жизнь, имея достаточный опыт или полное отсутствие такового, умельцам из разных точек земного шара методом проб и ошибок удаётся принять сигналы, как на заре развития спутникового аналогового непосредственного вещания и при этом достигнуть приёма картинки цифрового качества идя на различного рода ухищрения, добиваясь при этом поразительных результатов. Казалось бы, зачем изобретать “велосипед” если есть готовые решения? Но готовые решения в различных местах и зонах приёма не всегда доступны в силу различных социально-экономических, политических, религиозных, этнических и иных неизвестных обстоятельств.

Спутниковая антенна из одного сегмента (лепестка) антенны диаметром 1,8 метра. Антенна прицелена на EUTELSAT W4 36˚, уровень приёма около 80%.
Спутниковая антенна из одного сегмента (лепестка) антенны диаметром 1,8 метра. Антенна прицелена на EUTELSAT W4 36˚, уровень приёма около 80%.

Несомненно, опыт построения и теоретические изыскания энтузиастов, в конечном счете, по крупицам становятся достоянием общественности, что и подтверждает данная статья. В далёкие годы автор сам “гонялся” в магазинах спортивных товаров за “чудо-санками”, когда по конверсии оборонные предприятия под видом детских санок продавали заготовки для антенн военного применения. При этом умельцам удавалось на самодельную аппаратуру и на “чудо-санки” принимать аналоговые сигналы непосредственного спутникового телевещания.
Рассматривая геометрию антенн как офсетных, так и антенн с прямым фокусом, необходимо помнить, что каждая из них имеет так называемый угол раскрыва, который зависит от диаметра антенны, и выражен закономерностью — чем антенна большего диаметра, тем угол раскрыва меньше, то есть на практике параболу большого диаметра настроить на спутник гораздо сложнее, чем антенну малого диаметра. Это происходит из-за узкого лепестка направленности, одновременно рядом с этим углом раскрыва как созвездие по кругу находятся также боковые вторичные лепестки всем известные при приёме сигналов в мультифиде. Так как на поверхности не важно, какого антенного зеркала сигнал переизлучается в фокус, через один центральный или множество боковых “лепестков”.

Созвездие (пучок) – собранное некоторое количество электромагнитных сигналов (волн) после физического переизлучения на поверхности приёмной антенны вследствии прямого оптического попадания сигнала непосредственного спутникового вещания  с определённой длинной волны (λ=~ 2,5 см или λ=~60 см) и поляризацией заданной передатчиком спутника, то есть место на определённом расстоянии от поверхности зеркала, в котором при соблюдении всех правил сборки и установки конвертора и сборки самой антенны достигается максимум сбора сигнала в одной точке, как правило, называемой – фокусом. Созвездие непосредственно создаёт резонанс на поверхности облучателя конвертора и внутри его волновода.

Очевидно, что именно эта технология сбора сигналов в созвездие (пучок) множества лепестков в облучателе конвертора позволяет принимать не только сигнал в фокусе, но и в местах максимального “пучкового” скопления ареала с достаточной электромагнитной силой. Созвездие боковых лепестков на антенне меньшего диаметра позволяет более легко и точно построить мультифид или одиночную неподвижную антенную систему с конвертором не в фокусе. Именно это и подтверждает возможность приёма сигнала на отдельную часть (сегмент) круглой антенны с прямым фокусом. Следует отметить, что антенны бывают длиннофокусные и с коротким фокусом, соответственно нужно применять соответствующие конверторы с типовым значением (рекомендованным) 0.3 -0.5 db. Получение же максимального сигнала возможно, применяя при настройке и прицеливании современные спутниковые анализаторы спектра и сигналов, таких как PROMAX EXPLORER II + или менее дорогие приборы, например SF10 или новинку от компании “Sat systems” SF-20. Это позволит максимально “выжать” из экзотической конструкции антенны все её электромагнитные и геометрически доступные зоны сбора переизлучаемых сигналов в созвездия.

Автор: Павел Горошко.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Понравилось нас читать?