Параболическая антенна что это, применение и сборка, установка, расчет зеркальной антенны

Распространенные сферы применения

В обыденной речи термины спутниковая и параболическая антенны отождествляются, но что они собой представляют и зачем нужно такое устройство, в узкопрофессиональном аспекте знают только специалисты.

Существует разнообразное оборудование, предназначенное для приема сигнала с одного из множества спутников, вращающихся вокруг Земли. Параболическая антенна — это тип приемного устройства, который имеет свои особенности.

Их наличие обусловлено необходимостью приема теле-, радиосигналов или предоставления доступа в Интернет. Функционал может быть узконаправленным или универсальным, обеспечивающим связь, узлы и сети космической связи, слабонаправленным, используемым в спутниковой навигации и подобных телефонах.

История возникновения и развития

Г. Герц использовал в своих экспериментальных работах параболические рефлекторы. В конце позапрошлого века он изобрел антенну с апертурой более одного метра, работающую на строго определенных частотах.

Имея в распоряжении ученого приемо-передающее устройство, он доказал существование предсказанных Максвеллом электромагнитных волн. Так началась эпоха совершенствования и практического применения:

1. В первой трети ХХ века изобретателю из Италии Г. Маркони удалось послать сигнал лодке, плывущей по морю, на значительном расстоянии от берега.
2. Через год аналогичное устройство было использовано для установления радиорелейной связи через широкий пролив.
3. Г. Гроте построил первый большой ПА и с его помощью занялся изучением звезд. Диаметр рефлектора не превышал даже десяти метров.
4. В годы Второй мировой войны начались целенаправленные работы по совершенствованию радиолокаторов, что дало мощный толчок развитию и совершенствованию приборов, привело к появлению антенн нового типа, оснащенных круговыми диаграммами.

Примечание! В послевоенные годы в СССР и США были разработаны новые формы прибора, где диаметр зеркала стал достигать 60-100 метров. Сейчас они используются в системах передачи данных, постоянное совершенствование и новые разработки исследователей свели к минимуму потребность в больших конструкциях до 1,5 метров и даже десятков сантиметров.

Принцип действия

Стандартное определение параболы — это геометрическое место точки, которая движется таким образом, что расстояние от фиксированной точки (называемой фокусом) плюс расстояние от прямой линии (называемой прямой) постоянны.

На следующем рисунке показана геометрия параболического отражателя. Точка F — фокус (дана доставка), а V — вершина. Линия, соединяющая F и V, является осью симметрии. PQ — отраженные лучи, где L — прямая линия, на которой лежат отраженные точки (говорят, что они коллинеарны).

Следовательно, согласно приведенному выше определению, расстояние между F и L является постоянным по отношению к сфокусированным волнам.

Отраженная волна образует коллимированный волновой фронт параболической формы. Отношение фокусного расстояния к апертуре (т.е f/D), известное как «отношение f к D», является важным параметром параболического рефлектора. Значение варьируется от 0,25 до 0,50 .

Закон отражения гласит, что угол падения и угол отражения равны. Этот закон в сочетании с параболой помогает сфокусировать луч. Форма

Парабола, используемая для отражения волн, обладает некоторыми свойствами параболы, которые полезны при построении антенны с использованием отраженных волн.

Свойства Параболы

• Все волны, выходящие из фокуса, отражаются обратно к параболической оси. Поэтому все волны, достигающие апертуры, находятся в фазе.
• Поскольку волны находятся в фазе, пучок излучения вдоль параболической оси будет сильным и концентрированным.

Все волны, выходящие из фокуса, отражаются обратно к параболической оси. Поэтому все волны, достигающие апертуры, находятся в фазе.

Поскольку волны находятся в фазе, пучок излучения вдоль параболической оси будет сильным и концентрированным.

После этих точек параболические отражатели помогают создать высокую направленность с более узкой шириной луча.

Конструкция и работа параболического отражателя

Если для передачи сигнала используется параболическая рефлекторная антенна, сигнал с кормы выходит из диполя или рупорной антенны, чтобы сфокусировать волну на параболе. Это означает, что волны выходят из фокуса и падают на параболоидный отражатель. Эта волна теперь отражается как коллимированный волновой фронт, как обсуждалось ранее, для передачи.

Эта же антенна используется в качестве приемника. Когда электромагнитная волна принимает форму параболы, она отражается в точке подачи. Дипольная или рупорная антенна, действующая сама по себе как приемная антенна, принимает этот сигнал, преобразует его в электрический сигнал и отправляет в приемную схему.

На следующем изображении показана параболическая рефлекторная антенна.

Коэффициент усиления параболоида зависит от светосилы (D/λ). Эффективная излучаемая мощность (ERP) антенны представляет собой произведение входной мощности, подаваемой на антенну, и ее коэффициента усиления.

Обычно волноводная рупорная антенна используется в качестве излучателя параболоидной рефлекторной антенны. Наряду с этим методом у нас есть другой тип облучателя, применяемый к параболоидной отражающей антенне, называемый облучателем Кассегрена.

Кассегрена

Кассетное зерно — это еще один вид корма, который подается на отражающую антенну. В этом типе облучатель размещается поверх параболоида, в отличие от параболического рефлектора. Выпуклый рефлектор, выполняющий роль гиперболоида, расположен напротив источника питания антенны.

Он также известен как вторичный гиперболоидный отражатель или вспомогательный отражатель. Его располагают так, чтобы один из фокусов совпадал с фокусом параболоида. Таким образом, волна отражается дважды.

Работа антенны Кассегрена

Когда антенна действует как передающая антенна, энергия от источника излучается через рупорную антенну на вогнутый гиперболоидный отражатель, который, в свою очередь, отражается обратно на параболический отражатель. Оттуда сигнал отражается в комнате. Следовательно, потери энергии контролируются, а направленность улучшается.

Когда та же антенна используется для приема, электромагнитные волны попадают на отражатель, отражаются на вогнутом гиперболоиде и оттуда достигают источника. В этом случае для приема этого сигнала используется волноводная рупорная антенна, которая направляет его в схему приемника для усиления.

преимущества

Ниже приведены преимущества параболической рефлекторной антенны –

• Сокращение мелких акций
• Потери мощности снижены
• Соответствующее фокусное расстояние достигнуто
• Лента может быть размещена где угодно в зависимости от нашего удобства
• Регулировка луча (сужение или расширение) осуществляется регулировкой отражающих поверхностей.
• Сокращение мелких акций
• Потери мощности снижены
• Соответствующее фокусное расстояние достигнуто
• Лента может быть размещена где угодно в зависимости от нашего удобства
• Регулировка луча (сужение или расширение) осуществляется регулировкой отражающих поверхностей.

Недостаток

Ниже приведены недостатки параболической отражающей антенны –

• Часть мощности, отраженной от параболического рефлектора, блокируется. Это становится проблемой с маленькими параболоидами.

Приложения

Ниже приведены области применения параболической отражающей антенны:

• Параболический отражатель кассетного типа в основном используется в спутниковой связи.
• Также используется в беспроводных телекоммуникационных системах.
• Параболический отражатель кассетного типа в основном используется в спутниковой связи.
• Также используется в беспроводных телекоммуникационных системах.

Рассмотрим другой тип облучателя, называемый григорианским, для параболических рефлекторов.

Григорианский канал

Это еще один тип используемого корма. Существует несколько конкретных конфигураций, в которых ширина луча постепенно увеличивается, в то время как размеры антенны остаются фиксированными. Этот тип пищи известен как григорианская еда. Здесь выпуклый гиперболоид Кассегрена заменяется параболоидным отражателем вогнутой формы, который, конечно, меньшего размера.

Эти григорианские отражатели можно использовать четырьмя способами –

• Грегорианские системы с использованием эллипсоидального рефлектора-субрефлектора в фокусах F1.
• Грегорианские системы, использующие эллипсоидальный рефлектор-субрефлектор в фокусе F2.
• Системы Кассегрена с гиперболоидным вспомогательным отражателем (выпуклым).
• Системы Кассегрена, использующие гиперболоидный вспомогательный отражатель (вогнутый, но подача очень близка к нему.)

На рисунке наглядно показана работа всех типов рефлекторов. Существуют и другие типы параболоидных отражателей, такие как –

• Вырезать параболоид
• Параболический цилиндр
• Таблетница параболоид

Но все они редко используются из-за ограничений и недостатков, которые они имеют в условиях работы.

Соответственно, из всех типов рефлекторных антенн наиболее часто используются простые параболические рефлекторы и параболические рефлекторы с питанием Кассегрена.

Виды и конструктивные особенности

Рефлекторные антенны являются не единственным, но наиболее распространенным типом направленных антенн. Они используются в самых разных областях и на различных типах станций. Размер, конструкция и материал изготовления зависят от функций и назначения. Зеркала изготавливаются из стали или алюминиевых сплавов с электропроводностью.

В последние годы их изготавливают из композитов или даже из пластика, но отражающая поверхность все равно должна быть — она тоже вариативна. Можно использовать металлическую сетку или фольгу, электропроводящую краску.

Есть и другие виды:

• осесимметричный, с одним или двумя зеркалами, симметричный или с контррефлектором, кольцевой фокус;
• офсетный, вырезанный из параболического зеркала, со смещенной диаграммой направленности;
• ФАР, или фазированные антенны, от нескольких передатчиков, с переменными типами антенн (полосчатыми, упорными или щелевыми);
• слабонаправленный, с широкой диаграммой направленности, несмотря на некоторые недостатки, работает с визуально обнаруженными спутниками и не требует дополнительного наведения;
• бегущая волна — усиленная (по сравнению с ненаправленными, но работающими в метровом или дециметровом диапазоне).

Обратите внимание на следующее! Выбор параболической антенны для приема телевизионных сигналов должен быть продиктован несколькими соображениями — материалом (устойчивость к внешним воздействиям, при размещении в воздухе), типом рефлектора и его качеством, количеством преобразователей и способом их крепления.

Важным условием является качество, прочность и устойчивость к коррозии.

Применение и сборка

Любое радиотехническое устройство, используемое в качестве передатчика или приемника, является органической частью системы и одним из ее основных элементов. Инструкция своими руками зависит от выбранного типа, размера и целевого назначения.

У зеркальной антенны есть существенные преимущества – она работает в разных областях. Такие устройства имеют относительно высокий КПД и достаточно низкую шумовую температуру. Параболик — наиболее типичный их представитель.

Простота устройства не означает, что при его самостоятельном изготовлении не нужно учитывать специфические требования индивидуального заказа.

Диаметр диска в продаваемом диапазоне от 55 см до 80, и это не самое дешевое из удовольствий. Домашние умельцы предлагают множество подробных инструкций по изготовлению антенн, а также по установке и настройке: от выбора места, расчета до окончательной настройки.

При этом указывается, что любой набор должен состоять из множества частей. Некоторые из них можно изготовить в мини-мастерской, купить отдельно в специализированном магазине или купить в комплекте (там не все может устроить по качеству или характеристикам, но так выходит дешевле, и все из один производитель).

Важно! В комплект входит зеркальная тарелка, приемник (тип зависит от преследуемых целей), но основное назначение – прием и преобразование сигнала со спутника на экран телевизора, в виде изображения, три преобразователя, обеспечивающие одновременное прием с трех спутников, крепеж (часто в описании, типа мультифид), кабель, разъемы для подключения и само крепление антенны.

При выборе места для установки такой антенны предпочтительнее южная или юго-западная сторона. Это важно, поскольку все спутники находятся на геостационарной орбите с юго-востока на юго-запад. Если окон, выходящих на юг, нет, остается только вариант монтажа на крыше.

Запрещается устанавливать антенну под откосом крыши.

Антенна установлена ​​под углом примерно 25°, то есть смотрит немного вниз, как на картинке:

При настройке антенны очень поможет правильно рассчитанный азимут. Для определения азимута используйте магнитный компас. Он выровнен параллельно земле, чтобы установить северное направление.

Поэтому необходимо выбрать любой объект в качестве точки отсчета. Градус отсчитывается по делениям компаса по часовой стрелке (от нуля до линии, соединяющей выбранный объект). Так вычисляется магнитный азимут. К полученному результату прибавляется или вычитается магнитное склонение определенного района.

Для настройки антенны используйте специальную версию программы SATTV.

После установки по пути C:Program FilesSATTV 2.0Zone в базах будут пути к зонам покрытия спутников.

Установку готового комплекта лучше производить в соответствии с прилагаемой инструкцией. Обычно плиту собирают полностью, и только после этого приступают к установке. Рекомендуется использовать хорошо закрепленный вертикальный металлический кронштейн, позволяющий не зависеть от погодных условий и не терять качество изображения.

Точная настройка головок и правильное их подключение к коммутатору необходимы для соответствия настроек тюнера и соединений в антенне.

Сборка, установка и настройка спутниковой антенны для приема спутникового сигнала

Читайте также: Как подключить светодиод параллельно, последовательно: схемы, описания, нюансы

Характеристики зеркальных антенн

Использование параболических антенн сделало их незаменимой частью не только городского, но и сельского ландшафта. Но это вызвано не только распространением спутникового телевидения. Они применяются в радиолокационных системах, для беспроводной связи, радиорелейной, спутниковой и космической, используются в деятельности радиотелескопов.

Основными характеристиками полезного устройства являются ширина диаграммы направленности, ее форма, КПД и коэффициент усиления, эффективная площадь и так далее. Рассмотрим самое важное:

• облучатель (1 и более), формирующий рисунок;
• ширина луча определяется основной функцией – прием или передача, для этого существуют специальные формулы;
• Эффективность может зависеть от конструктивных особенностей (не сплошное зеркало, сетка, используемая для облегчения веса или снижения устойчивости к атмосферным воздействиям).

Самодельную посуду можно сделать разными способами – склеить с бетонным основанием, из старого зонта и алюминиевой фольги (нужен усилитель с блоком питания), из тонкого листа металла, из оргстекла и даже из проволоки.

Кажущаяся простота описаний мастеров на самом деле требует определенных навыков, инструментов и свободного времени. Самодельные устройства дешевле, но качество изображения на экране телевизора не всегда достигает желаемого уровня.

При покупке готового набора нужно четко определиться не только с расположением, но и с параметрами. В некоторых регионах России для приема отдельных каналов достаточно минимального диаметра, а иногда и 90 см не хватает.