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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Antenne paraboliche per STV. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Antenne televisive Essendosi interessati a ricevere STV, i radioamatori, di norma, acquisiscono un set di apparecchiature già pronto per questo. Di solito include un'antenna parabolica (PA) di piccolo diametro (0,9 ... 1,2 m). Uno dei primi passi nell'aggiornamento del sistema è l'acquisto di un'antenna di diametro maggiore. Ma le antenne di grande diametro sono molto costose, quindi molte persone cercano di realizzare PA a casa. Nella letteratura amatoriale sono stati pubblicati articoli sulla produzione di PA, ad esempio [1], ma non hanno tenuto conto di alcuni fattori. Il fatto è che quando si progettano le antenne, è necessario tenere conto dei parametri dell'alimentazione, che fa parte del convertitore. Questo articolo ha lo scopo di sistematizzare i dati sulla progettazione della PA e applicarli alle condizioni esistenti. Esistono molti tipi di antenne a microonde: paraboliche, phased array, basate su lenti di Fresnel, ecc. Per quanto riguarda le condizioni casalinghe, si consigliano le PA, per la semplicità della loro fabbricazione. Esistono due versioni della PA: - incollando sulla matrice; - saldatura da filo e rete di rame (le cosiddette antenne a rete). Ogni antenna ha i suoi vantaggi e svantaggi. I vantaggi del primo includono la facilità di controllo della forma durante la produzione, il secondo: meno peso e deriva. Prima di tutto, è necessario determinare quale irradiatore è disponibile per il radioamatore. Passiamo alla Fig. 1 e determiniamo quali parametri caratterizzano l'antenna. Innanzitutto, questo è il suo diametro d (di norma, vengono forniti all'inizio del calcolo). La distanza più breve dal fuoco dell'antenna (l'alimentazione del convertitore si trova sul fuoco, o il secondo specchio nel caso di un sistema a due riflettori) al riflettore dell'antenna è chiamata lunghezza focale f. La profondità dello specchio h è la distanza massima dal piano di apertura del riflettore S al riflettore stesso dell'antenna. L'angolo di apertura Ф è l'angolo in cui il piano di apertura dello specchio dell'antenna S è visibile dal suo fuoco F. Inoltre, sono correlati dalle seguenti relazioni.
Il rapporto f/d determina i parametri del tuo illuminatore. Di solito f / d è compreso nell'intervallo 0,3 ... 0,5. Maggiore è questo rapporto, minore h e minore è il consumo di materiali per la produzione di PA (con una certa perdita di guadagno Ku). Se si dispone di un illuminatore f/d=0,3 e si desidera contenere i costi, acquistare un illuminatore f/d=0,5 o un illuminatore f/d variabile è il migliore.
Innanzitutto, secondo la formula (2), viene calcolata la dipendenza di y da x (prendendo valori da 0 a d / 2) e viene compilata una tabella. I valori risultanti vengono trasferiti su carta millimetrata e viene costruita una parabola. Quindi viene incollato su una lamiera di acciaio di 5 mm di spessore e tagliato lungo la linea della parabola. In questo modo si ottiene un coltello (è necessario osservarne rigorosamente la forma, poiché il risultato finale e la qualità della PA dipendono in larga misura da questo). Quindi, secondo la Fig. 2, selezionare l'asta 2 e il cuscinetto 1 di dimensioni adeguate (3 - coltello). In questo caso, il coltello viene accorciato della metà del diametro dell'asta 2 e saldato ad essa coassialmente. Secondo la Fig. 3, un telaio è costituito da una barra d'acciaio con un diametro di 8 ... 10 mm (saldatura). In questo caso, le nervature 2 sono approssimativamente curve lungo il coltello. Un cuscinetto è saldato nella parte superiore del telaio. Il telaio è installato su una superficie piana, mentre sotto il cuscinetto 1 (Fig. 3) è necessario installare verticalmente un tubo 4 con un diametro interno maggiore del diametro del cuscinetto 1. L'intero spazio sotto il telaio è riempito con pietrisco o mattoni rotti. Dopo aver installato una rondella 4 (Fig. 2) sul cuscinetto con un diametro leggermente maggiore del diametro del cuscinetto e un'altezza uguale allo spessore del futuro PA (ad esempio, per un PA con un diametro di 2 m, lo spessore è 25 mm), un coltello viene inserito nel cuscinetto. La malta di cemento e sabbia viene impastata a una consistenza densa, applicata al telaio e livellata con un coltello. La matrice risultante viene essiccata per 3...5 giorni. Il terzo giorno (con tempo asciutto), le crepe risultanti vengono strofinate con alabastro e pulite con carta vetrata, controllando la qualità della superficie con un coltello. Va notato che se si prevede di utilizzare ripetutamente la matrice, posizionare due o tre strati di materiale di copertura tra essa e il terreno in modo che non crolli dall'umidità. Inoltre, non consiglio di utilizzare la raccomandazione di [2] per creare una matrice di argilla, perché questo materiale, una volta essiccato, dà molte crepe e la matrice risultante è di breve durata. Quindi, procedi all'incollaggio dell'antenna. Ci sono molti modi per eseguire questo processo. Ecco alcuni suggerimenti. In primo luogo, se stai incollando un'antenna di grande diametro, ricorda i tre svantaggi in essa inerenti: peso elevato, resistenza al vento e bassa resistenza. Per semplificare la produzione, dividi l'antenna (esattamente) in 6 ... 8 settori (allo stesso tempo, prendi in considerazione la forma della loro connessione, il fissaggio). In questo caso la matrice può essere realizzata anche sotto forma di settore, ma è comunque preferibile realizzarla completamente, perché. sarà possibile incollare antenne offset su di esso. Per resistenza, aumentare lo spessore del riflettore e rinforzarlo con nervature radiali in filo di acciaio. Come materiale per incollare PA, di solito prendono fibra di vetro tagliata a strisce e colla epossidica. È possibile utilizzare la tecnica descritta in [1], semplificandola in qualche modo. Innanzitutto, sulla matrice lavata con sapone viene applicata una miscela distaccante, che viene utilizzata come olio per autoveicoli (il miglior risultato si ottiene se la matrice viene strofinata con uno strato uniforme di mastice per parquet prima di questo). Un tubo è inserito saldamente nella rondella 4 (Fig. 2), su cui è inserita un'altra rondella in duralluminio, la cui altezza è uguale allo spessore del riflettore. Successivamente, viene applicato uno strato di resina (senza danneggiare la miscela distaccante) e vengono applicati pezzi di fibra di vetro, levigandoli ed eliminando le bolle d'aria. Certo, è preferibile utilizzare la fibra di vetro metallizzata, ma puoi anche usare l'ordinario, a causa dell'inaccessibilità del primo. In futuro (dopo la produzione) è necessario incollare sopra il riflettore con pezzi di foglio di alluminio ritagliati a settore. Tuttavia, la prima opzione, con fibra di vetro rinforzata, è preferibile per la migliore qualità della superficie. Un'altra opzione per formare una superficie conduttiva consiste nell'applicare vernici PA sulla superficie riflettente, che includono basi in polvere di metallo (argento, ecc.). Dopo aver portato lo spessore del riflettore alle dimensioni richieste, vengono stampati i dadi per il suo fissaggio. È anche possibile saldare il telaio a cui è fissato il riflettore agli irrigidimenti radiali con cui è fissato il riflettore. Il riflettore può anche essere avvitato attraverso fori praticati nel PA dopo che si è asciugato. Le antenne di piccolo diametro possono essere realizzate in cartapesta (l'idea è stata suggerita da R.K. Gaydinov). I giornali sono presi come riempitivi. Vengono messi a bagno in acqua e passati al tritacarne. La pasta per carta da parati viene aggiunta alla massa risultante come legante. La miscela risultante viene applicata alla matrice (avendo precedentemente applicato una miscela separatrice) e livellata con una spatola, formando la superficie desiderata. Dopo l'essiccazione, l'antenna viene rimossa e ricoperta con uno strato conduttivo e diversi strati di vernice nitro per proteggere la PA dalle precipitazioni atmosferiche. Al posto dei giornali, il tessuto può essere utilizzato come descritto in [2], formando PA come nel caso della fibra di vetro, utilizzando la pasta per carta da parati come materiale di rilegatura. La seconda versione di PA (mesh) è descritta in [3]. Per questo viene creato un modello (Fig. 4), i cui parametri sono calcolati dalla formula (2). Lungo di esso sono piegate parabole radiali fatte di filo di rame spesso. Lo spessore del filo viene selezionato in base al diametro dell'antenna. Ad esempio, per un'antenna con un diametro di 1,5 m, viene preso un filo con un diametro di 4 ... 5 mm. È anche necessario realizzare cinture circolari. Il diametro delle corde cambia con incrementi di 10...30 cm I punti per saldare le corde alle parabole radiali sono calcolati dalla formula (1). Dopo aver realizzato il telaio, viene coperto con una rete di rame a maglia fine, che viene saldata ad esso. Va notato che maggiore è il diametro della PA, più spesso è il filo da cui è realizzato e più difficile è saldarlo (quando si utilizza un filo con un diametro superiore a 7 mm, è desiderabile la saldatura a contatto ).
Il passo successivo è la fabbricazione di un dispositivo di rotazione (OPU). Tutte le OPU sono divise in due tipi: elevazione azimutale e polari. Il primo tipo è più facile da produrre, poiché utilizza solo due assi di regolazione (entrambi vengono utilizzati durante la riconfigurazione da satellite a satellite). Il primo asse è l'azimut e il suo angolo è calcolato dalla formula
dove φ è la longitudine del sito ricevente in gradi, Fsz è la posizione in orbita di IC3 in gradi, w è la latitudine del sito ricevente in gradi. Se dirigi l'antenna verso sud, per sintonizzarti su un determinato satellite in azimut, devi sottrarre 180 ° da A. Se l'angolo è positivo, l'antenna viene spostata del valore di questo angolo verso ovest; se negativo - a est. L'angolo di elevazione dell'asse di elevazione 2 (Fig. 5) è calcolato dalla formula
Il design della sospensione è opzionale. Le sue dimensioni dipendono dal diametro dell'antenna. Ad esempio, per un'antenna con un diametro di 1,2 m, l'OPU è realizzata secondo la Fig. 6.
Il tipo specificato di OPA viene utilizzato principalmente con fotorilevatori offset e fotorilevatori a fuoco diretto di piccolo diametro. Poiché le antenne di grande formato sono più pesanti, è scomodo riallinearle su due assi. Pertanto, per loro viene utilizzato un altro tipo di OPU: polare (Fig. 7). Ha quattro assi di rotazione: A (1), UM (2), polare (3) e correttivo (4). Per orientare l'antenna è necessario che il piano a cui appartengono l'asse polare e l'asse del riflettore si trovi nel piano dell'asse azimutale 1 e nella direzione sud, segnato a mezzogiorno vero. Per determinare la direzione, un piccolo perno viene conficcato nel terreno e ogni 20 ... 30 minuti viene annotata la posizione dell'ombra proiettata dal perno. La distanza più breve dall'estremità del perno conficcato nel terreno alla linea attraversata dall'ombra dell'estremità del perno è la direzione a sud.
Quindi, impostare l'angolo dell'asse PA (2) uguale alla latitudine del luogo di ricezione in gradi. Impostare l'angolo sull'asse di correzione (4)
Quindi l'asse polare (3) viene ruotato di un angolo
dove f è la longitudine del luogo di ricezione; Fiss - posizione del satellite nel GSO (se EL allora (Piss>0, se ovest, allora Fiss<0). Come puoi vedere, nel caso di una sospensione polare, per cambiare da satellite a satellite viene utilizzato solo l'asse polare (che ha dato il nome a questo tipo di OPU). Pertanto, la risintonizzazione dell'antenna è semplificata. La gamma di sintonia si trova entro ±40° rispetto alla direzione sud. Ma per facilità d'uso, pagano con la complicazione del meccanismo OPU. La figura 8 mostra una delle tante varianti dell'OPA polare.
Le dimensioni sono indicate per un PA con un diametro di 2 M. Una flangia 1 è saldata al tubo 2. Sopra è posizionata una flangia 3, che ruota liberamente attorno al suo asse. Le flange hanno fori 4 per il loro reciproco fissaggio. Alla flangia superiore sono saldati due tubi 5 con un diametro di 40 mm e una lunghezza di 60 cm. Un tubo 6 lungo 80 cm è fissato a questi tubi con due bulloni. Due tubi 6 con un diametro di 7 mm e una lunghezza di 40 cm sono saldati al tubo 25. Un trapezio 7 è fissato ai tubi 8 mediante viti 12 (il trapezio è costituito da tubi con un diametro di 25 ... 32 mm). Un riflettore d'antenna è fissato al trapezio mediante staffe 9, 10 (molto robuste), mentre un perno con estremità filettate è inserito nel tubo inferiore del trapezio, e la staffa 10 è fissata al tubo superiore del trapezio mediante mediante viti 11, che regolano l'angolo di correzione. L'elevazione e gli assi polari sono regolati mediante cordini (non mostrati nella figura per semplicità). È importante disporli in modo tale che siano accessibili e non interferiscano con l'accesso al convertitore, che dispone di un irradiatore retroriflettente. Non vi consiglio di adattare tutti i tipi di posizionatori, attuatori e altri mezzi di regolazione remota, il cui utilizzo è giustificato solo nei casi in cui si utilizzano PA di piccolo formato. Nella produzione di PA, è necessario garantire il gioco minimo di tutti i giunti, perché La turbolenza dell'antenna nel vento ha un effetto negativo sulla ricezione e porta anche alla rapida distruzione dell'OPA. Per montare il convertitore sull'antenna, secondo la Fig. 9, vengono praticati tre fori nel riflettore. L'anello 1 è realizzato in duralluminio con un diametro interno pari al diametro del collo del convertitore. L'anello può essere costituito da due parti collegate da bulloni. Tre fori 3 sono praticati nell'anello e filettati al loro interno. Tre aste 2 sono realizzate in duralluminio (tubi).La loro dimensione è selezionata in modo tale che l'anello 1 sia a 2 ... 3 cm di distanza dal punto di messa a fuoco F. I fili vengono tagliati alle estremità delle aste e avvitati nell'anello 1, quindi sono attaccati al riflettore 4 .
Il guadagno dell'antenna ricevuta è calcolato dalla formula
dove Q - fattore di utilizzo della superficie (KPI), per la maggior parte dei tipi di irradiatori Q = 0,4 ... 0,7 (normalmente 0,6); L è la lunghezza dell'onda ricevuta. La tabella riassume i dati sulle antenne Ku di tre diametri sulle gamme più utilizzate (Q=0,6). Come possiamo vedere, maggiore è la frequenza, maggiore è il Ku dell'antenna. Ma nella situazione attuale (i satelliti hanno approssimativamente la stessa potenza effettiva irradiata) con un'attenuazione del segnale diversa sul percorso satellite-Terra (a frequenze più alte, l'attenuazione è maggiore), il segnale risultante all'ingresso del ricevitore su bande diverse è approssimativamente il stesso. Un altro fatto interessante è che nei cataloghi di molte aziende che commerciano in PA ci sono ovviamente Ku sopravvalutati. Puoi verificarlo tu stesso calcolando il KU utilizzando la formula sopra. Tabella 1
La tabella mostra anche che alle basse frequenze, l'uso di PA non è pratico a causa del Ku inferiore rispetto ai phased array di antenne. Ti darò alcuni consigli. 1. Maggiore è il diametro del PA, più stretto è il suo diagramma di radiazione, quindi è consigliabile installare un'antenna di piccolo diametro accanto a un'antenna grande e sintonizzarla su un satellite che abbia il livello di segnale massimo nella tua zona. Quindi, notando la direzione approssimativa del satellite, puntare l'antenna grande nella stessa direzione. Dopo aver ricevuto il segnale, correggere la posizione dell'irradiatore nel fuoco dell'antenna per la migliore ricezione dell'immagine dei canali deboli. È possibile semplificare ulteriormente la riconfigurazione di un'antenna grande fissandone una piccola sul bordo in modo che gli assi di rotazione di PA 1, 2 (Fig. 10) siano paralleli. È necessario introdurre viti correttive nello schema di montaggio di una piccola antenna per preimpostare il parallelismo degli assi dell'antenna. Dopo aver ricevuto il segnale con una piccola antenna, passano a una grande.
Per la sintonizzazione fine su un satellite (anche con un segnale molto piccolo), è molto conveniente utilizzare rivelatori speciali, i cui circuiti sono stati pubblicati nella letteratura radioamatoriale. È anche possibile utilizzare un analizzatore di spettro per questo scopo (nell'intervallo da 1 a 2 GHz), applicando un segnale dal convertitore attraverso un condensatore di isolamento. In questo caso, non dimenticare di applicare una tensione di alimentazione di +14 V al convertitore. 2. È necessario mettere a terra accuratamente l'antenna e il convertitore per evitare guasti all'apparecchiatura durante un temporale (a giudicare dalle statistiche, ciò accade abbastanza spesso). Per fare ciò, avvolgere sul connettore che collega il cavo al convertitore, 2 ... 3 giri di filo con un diametro di 1,5 ... 2 mm e metterlo a terra. Lo stesso filo viene utilizzato per mettere a terra (separatamente e in parallelo a un circuito) la superficie metallica dell'antenna e dell'OPU. 3. Non dimenticare che maggiore è il diametro dell'antenna, maggiore è la sua resistenza al vento, quindi è necessario prevedere misure per proteggere l'antenna e l'OPU dai carichi del vento. Utilizzare acciaio laminato di alta qualità per la produzione di OPU. Ad esempio, se un PA lungo un metro richiede un tubo di trasporto con un diametro di 32 ... 40 mm, per uno di due metri - 120 ... 150 mm. Se possibile, installare l'antenna in modo che sia protetta dal retro da un muro. Se possibile, evitare di montare l'antenna ad un'altezza. In conclusione, voglio notare che questo articolo descrive solo una piccola parte dei sistemi di antenne. Ringrazio personalmente V.V. Orlov e S.A. Kozlov per il loro aiuto nella produzione di strutture metalliche, i cui disegni sono riportati in questo articolo. Letteratura
Autore: V. Fedorov, pagg. Leo Tolstoy, regione di Lipetsk; Pubblicazione: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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