Satelitná anténa. Čo je parabolická anténa Ako funguje parabolická anténa

História

Prvá parabolická anténa navrhnutá Heinrichom Hertzom – Big Size 5m Aluminum Mesh Satellite Dish Antenna

Parabolickú anténu vynašiel nemecký fyzik Heinrich Hertz v roku 1887. Hertz počas svojich experimentov používal na vyvolanie excitácie dipólových antén valcové parabolické reflektory. Anténa mala veľkosť clony širokú 1,2 metra a používala sa na frekvencii asi 450 MHz. Reflektor bol vyrobený z oceľového plechu zinku. Vďaka dvom takýmto anténam, jednej vysielacej a druhej prijímajúcej, Hertz úspešne preukázal existenciu elektromagnetických vĺn, ktoré pred 22 rokmi predpovedal Maxwell.

Reflektorové antény typicky prevádzajú širší vzor posuvu na užší obrazec antény.

Okraj zrkadla a rovina Z tvoria povrch nazývaný otvor zrkadla. V tomto prípade sa polomer R nazýva polomer otvoru a uhol 2ψ je uhol otvoru zrkadla. Typ zrkadla závisí od uhla otvorenia:

• ak ψ< π/2 – зеркало называют мелким или длиннофокусным;
• ak ψ\u003e π / 2 – hlboké alebo krátke zaostrenie,
• ak ψ \u003d π / 2 – priemer.

Ohnisko napájania antény môže byť buď umiestnené v ohnisku zrkadla F, alebo môže byť voči nemu posunuté. Ak sa ohnisko napájania nachádza na ohnisku antény, nazýva sa to priame zaostrenie. Antény s priamym zaostrením existujú v rôznych veľkostiach, zatiaľ čo jesenné symetrické antény, ktorých napájanie nie je zaostrené zrkadlom, zvyčajne nepresahujú priemer 1,5 m. Takéto antény sa často nazývajú ofsetové antény. Výhodou ofsetovej antény je vyšší zisk antény, ktorý je spôsobený absenciou tienenia otvoru zrkadla posuvom. Reflektor ofsetových antén je bočný výrez z paraboloidu rotácie. Zameranie zdrojov v takýchto anténach sa nachádza v ohniskovej rovine reflektora.

Reflektorová anténa môže mať ďalšie eliptické zrkadlo (dvojzrkadlová Gregoryho schéma) alebo ďalšie hyperbolické zrkadlo (dvojzrkadlové Cassegrainovo schéma) s ohniskami umiestnenými v ohniskovej rovine odrazovej antény. V tomto prípade sa posuv nachádza v ohnisku prídavného zrkadla.

Reflektorová anténa môže mať niekoľko prívodov súčasne umiestnených v ohniskovej rovine antény. Každý prívod vytvára radiačný obrazec nasmerovaný v požadovanom smere. Ožarovače môžu pracovať v rôznych vlnových rozsahoch (,,) alebo každý súčasne v niekoľkých rozsahoch.

Umiestnenie zaostrenia a ohniskovej roviny zrkadla antény nezávisí od rozsahu prevádzkových vlnových dĺžok.

V závislosti od úloh a posuvu tvorí reflektorová anténa jeden úzko nasmerovaný celkový smerový diagram totálneho rozdielu (pre zameriavače) alebo súčasne niekoľko viacsmerných diagramov – pri použití viacerých posuvu.

Typy zrkadiel

V technológii sú najbežnejšie používané tieto typy zrkadiel:

Dizajnové prvky

Zrkadlo sa zvyčajne skladá z dielektrickej základne (uhlíkové vlákno pre vesmírne antény), ktorá je pokrytá kovovými plechmi, vodivou farbou, fóliou. Súčasne sú listy často perforované alebo vo forme sieťoviny, čo je spôsobené túžbou znížiť hmotnosť konštrukcie a minimalizovať odolnosť proti vetru a zrážkam. Takéto diskontinuálne zrkadlo však vedie k nasledujúcim následkom: časť energie preniká cez zrkadlo, čo vedie k oslabeniu smernosti antény a zvýšeniu žiarenia za reflektorom. Účinnosť antény s diskontinuálnym zrkadlom sa vypočíta podľa vzorca T \u003d P p r P p a d (\\ Displaystyle T \u003d (\\ frac (P_ (pr)) (P_ (podložka))))kde P p r (\\ Displaystyle P_ (pr)) je radiačná sila za reflektorom a P p A d (\\ Displaystyle P_ (podložka)) je radiačná sila reflektora (dopadajúca vlna). Ak T< 0 , 01 {\displaystyle T<0,01} , diskontinuálne zrkadlo sa považuje za dobré. Táto podmienka je obvykle splnená, ak je priemer otvorov v perforovanom zrkadle menší ako 0,2 λ (\\ Displaystyle 0,2 \\ lambda) a celková plocha otvorov do 0,5 – 0,6 (\\ Displaystyle 0,5-0,6) z celej plochy zrkadla. U sieťových zrkadiel nesmie priemer otvoru presiahnuť 0, 1 λ (\\ Displaystyle 0,1 \\ lambda) .

Ožarovač

Radiačný obrazec parabolickej antény je tvorený napájaním. V anténe môže byť jeden alebo niekoľko prívodov, v uvedenom poradí sa v anténe vytvára jeden alebo viac vzorov žiarenia. To sa deje napríklad za účelom súčasného príjmu signálu z niekoľkých satelitov vesmírnej komunikácie.

Otvor pre napájanie je umiestnený v ohnisku parabolického reflektora alebo v jeho ohniskovej rovine, ak je v jednej anténe použitých niekoľko napájaní. Niekoľko zdrojov vytvára v jednej anténe niekoľko vyžarovacích obrazcov, čo je potrebné pri nasmerovaní jednej antény na niekoľko komunikačných satelitov naraz. θ \u003d k λ / d (\\ Displaystyle \\ theta \u003d k \\ lambda / d \\,),

kde K je faktor, ktorý sa mierne líši v závislosti od tvaru reflektora, a d je priemer reflektora v metroch, šírka diagramu polovičného výkonu θ v radiánoch. Pre dvojmetrovú satelitnú parabolu pracujúcu v pásme C (3 – 4 GHz pre príjem a 5 – 6 GHz pre prenos) poskytuje tento vzorec šírku radiačného profilu asi 2,6 °.

Zisk antény je určený vzorcom:G \u003d (π k θ) 2 e A (\\ Displaystyle G \u003d \\ doľava ((\\ frac (\\ pi k) (\\ theta)) \\ doprava) ^ (2) \\ e_ (A))

V tomto prípade existuje inverzný vzťah medzi ziskom a šírkou lúča.

Veľké parabolické antény vytvárajú veľmi úzke lúče. Nasmerovanie takýchto lúčov na komunikačný satelit sa stáva problémom, pretože namiesto hlavného laloku môžete nasmerovať anténu na bočný lalok.

Anténny vzor je úzky hlavný lúč a bočné laloky. Kruhová polarizácia v hlavnom lúči je nastavená v súlade s úlohami, úroveň polarizácie na rôznych miestach hlavného lúča je odlišná, v prvých bočných lalokoch sa polarizácia mení na opačnú, zľava – doprava, doprava – doľava.

Vlastnosti antény reflektora

Výkon antény reflektora sa meria v ďalekom poli.

Zaujímavosti

Aplikácia

Parabolické antény sa používajú ako antény s vysokým ziskom pre nasledujúcu komunikáciu: rádioreléová komunikácia medzi blízkymi mestami, bezdrôtová komunikácia WAN / LAN na prenos údajov, satelitná komunikácia a komunikácia medzi kozmickými loďami. Používajú sa aj pre rádioteleskopy.

Parabolické antény sa tiež používajú ako radarové antény na riadenie lodí, lietadiel a riadených striel. S príchodom domácich satelitných TV prijímačov sa parabolické antény stali súčasťou modernej mestskej krajiny.

Prevádzka satelitných antén, najmä tých, ktoré prijímajú televízny signál, je založená na optických vlastnostiach paraboly. Parabola je lokus bodov v rovnakej vzdialenosti od priamky (nazývanej directrix) a bodov, ktoré neležia na directrix (nazývaných ohnisko). Z danej definície paraboly nie je ťažké získať „školskú“: parabola je graf kvadratickej funkcie y \u003d ax ^ 2 + bx + c (najmä y \u003d x ^ 2).

Sformulujme spomínanú optickú vlastnosť paraboly. Ak je bodový zdroj svetla (žiarovka) umiestnený v ohnisku paraboly a zapnutý, potom lúče odrazené od paraboly pôjdu rovnobežne s osou symetrie paraboly a predná predná strana bude kolmá na os.

Platí to aj naopak – ak tok lúčov rovnobežných s osou symetrie padne na parabolu, potom sa odrazom od paraboly lúče zaostria, navyše, ak bude predná časť toku lúčov kolmá na os.

Keď sa parabola otáča okolo svojej osi symetrie, získa sa revolučný paraboloid – povrch druhého rádu. Pre ktorýkoľvek úsek paraboloidu rovinami prechádzajúcimi osou symetrie sa získajú rovnaké paraboly so spoločným ohniskom, preto má paraboloid aj optické vlastnosti. Ak je emitor umiestnený v ohnisku, potom lúče odrazené od povrchu pôjdu rovnobežne s osou otáčania. A ak lúče rovnobežné s jeho osou dopadajú na paraboloid, potom sa po odraze všetky sústredia.

Optická vlastnosť je základným základom parabolických antén. Antény môžu na letiskách otáčať napríklad parabolické antény, ktoré majú tvar „plátkov“ obrovských paraboloidov, obidva vysielajú aj prijímajú signál. Antény je možné opraviť. Posledný uvedený typ zahŕňa antény satelitnej televízie pre domácnosť („antény“): sú zamerané na reléový satelit vysoko nad Zemou na geostacionárnej obežnej dráhe, po ktorej je ich poloha pevná.

Pretože satelit je ďaleko od povrchu, lúče prichádzajúce z neho v prijímacom bode antény možno považovať za rovnobežné. Satelitná anténa je zameraná na prijímač, z ktorého je signál vysielaný cez kábel do televízora.

Rovnaký nápad sa používa na výrobu bodových svetiel pre železničné lokomotívy, svetlometov pre automobily, dokonca sa dá použiť na varenie jedál v teréne. Optická vlastnosť paraboly „pozná“ aj živý svet. Napríklad niektoré severské kvety, ktoré žijú v podmienkach krátkeho leta a nedostatku slnečného žiarenia, otvárajú svoje okvetné lístky v tvare paraboloidu, aby udržali „srdce“ kvetiny teplejšie. “Parabolické” sú také alpské a arktické kvety ako alpské lumbago, ľadovcová beckvichia, polárny mak. Vďaka optickým vlastnostiam paraboly sa zrenie semien v takýchto kvetoch urýchľuje. Ďalším dôsledkom vlastnosti ich parabolicity, ktorá je užitočná pre kvety, je príťažlivosť hmyzu, ktorý sa rád „vsiakne“ do kvetinovej misy, čo ovplyvňuje proces prenosu peľu (opelenia).

Príjem satelitných televíznych signálov sa vykonáva špeciálnymi prijímacími zariadeniami, ktoré zahŕňajú anténu. Parabolické antény sú najpopulárnejšie na profesionálny a amatérsky príjem vysielania zo satelitov, a to kvôli vlastnosti rotačného paraboloidu odrážať lúče rovnobežné s osou padajúcou na jeho otvor do jedného bodu, ktorý sa nazýva zaostrenie. Otvor je časť roviny ohraničená okrajom revolučného paraboloidu.

Rotačný paraboloid, ktorý sa používa ako anténny reflektor, je tvorený otáčaním rovinnej paraboly okolo svojej osi. Parabola je lokus bodov v rovnakej vzdialenosti od daného bodu (ohnisko) a danej priamky (directrix) (obr. 6.1). Bod F je zameraním a čiara AB je režisérom. Bod M so súradnicami x, y je jedným z bodov paraboly. Vzdialenosť medzi ohniskom a directrixom sa nazýva parameter paraboly a označuje sa písmenom p. Potom súradnice zaostrenia F sú nasledujúce: (p / 2, 0). Počiatok (bod 0) sa nazýva vrchol paraboly.

Podľa definície paraboly sú segmenty MF a PM rovnaké. Podľa Pytagorovej vety, MF ^ 2 \u003d FK ^ 2 + MK ^ 2. Zároveň FK \u003d x – p / 2, KM \u003d y a PM \u003d x + p / 2, potom (x – p / 2) ^ 2 + y ^ 2 \u003d (x + p / 2) ^ 2.

Vyrovnaním výrazov v zátvorkách a zmenšením podobných výrazov nakoniec získame kanonickú rovnicu paraboly:

y ^ 2 = 2px alebo y \u003d (2px) ^ 0,5. (6.1)

Tento klasický vzorec sa používa na výrobu miliónov antén na príjem satelitných televíznych signálov. Čím si táto anténa zaslúžila pozornosť?

Paralelne s osou paraboloidu cestujú lúče (rádiové vlny) zo satelitu, odrážajúce sa od clony k ohnisku, rovnako (ohnisková vzdialenosť). Obvykle dva lúče (1 a 2) dopadajú na oblasť clony paraboloidu v rôznych bodoch (obr. 6.2). Odrazené signály oboch lúčov však putujú k zaostreniu F rovnako ďaleko. To znamená, že vzdialenosť A + B \u003d C + D. Teda všetky lúče vyžarované vysielacou anténou satelitu a na ktoré smeruje parabolové zrkadlo loid, sústreďte sa vo fáze na ohnisko F. Táto skutočnosť je dokázaná matematicky.

Voľba parametra parabola určuje hĺbku paraboloidu, to znamená vzdialenosť medzi vrcholom a ohniskom. Pri rovnakom priemere clony majú paraboloidy s krátkym ohniskom veľkú hĺbku, čo spôsobuje, že je mimoriadne nepríjemné inštalovať prísun zaostrenia. Okrem toho je u paraboloidov s krátkym ohniskom vzdialenosť od prívodu k hornej časti zrkadla oveľa kratšia ako k jeho okrajom, čo vedie k nerovnomerným amplitúdam v prívode pre vlny odrážané od okraja paraboloidu a od zóny blízko vrcholu.

Paraboloidy s dlhým ohniskom majú menšiu hĺbku, inštalácia krmiva je pohodlnejšia a distribúcia amplitúdy sa stáva rovnomernejšou. Takže s priemerom clony 1,2 m a parametrom 200 mm je hĺbka paraboloidu 900 mm a s parametrom 750 mm iba 240 mm. Ak parameter presahuje polomer clony, ohnisko, v ktorom by sa mal nachádzať prísun, je mimo objemu ohraničeného paraboloidom a clonou. Táto možnosť sa považuje za optimálnu, keď je parameter o niečo väčší ako polomer clony.

Satelitná anténa je jediným zosilňujúcim prvkom prijímacieho systému, ktorý nezavádza vlastný šum a neznižuje signál, a teda ani obraz. Antény so zrkadlom vo forme revolučného paraboloidu sú rozdelené do dvoch hlavných tried: symetrický parabolický reflektor a asymetrický (obr. 6.4, 6.5). Prvý typ antén sa zvyčajne nazýva priame zameranie, druhý – ofsetový.

Ofsetová anténa je ako vystrihnutý segment paraboly. Ohnisko takéhoto segmentu je umiestnené pod geometrickým stredom antény. To eliminuje tieňovanie účinnej oblasti antény napájaním a jej podperami, čo zvyšuje jej účinnosť pri rovnakej zrkadlovej ploche s osovo súmernou anténou. Napájanie je navyše inštalované pod ťažiskom antény, čím sa zvyšuje jej stabilita za veterných podmienok.

Práve tento dizajn antény je najbežnejší pri individuálnom príjme satelitnej televízie, aj keď sa v súčasnosti používajú iné princípy budovania pozemských antén.

Ak je pre stabilný príjem zvolených satelitných programov potrebný rozmer antény do 1,5 m, odporúča sa použiť ofsetové antény, pretože s nárastom celkovej plochy antény sa účinok zrkadlového tienenia zmenší.

Ofsetová anténa je namontovaná takmer vertikálne. V závislosti od zemepisnej šírky je uhol jeho sklonu mierne sa mení. Táto poloha vylučuje zachytávanie atmosférických zrážok v anténnej miske, čo výrazne ovplyvňuje kvalitu príjmu.

Pre antény majú osobitne dôležité smerové charakteristiky. Vďaka schopnosti používať antény s vysokou priestorovou selektivitou sa prijíma satelitná televízia. Najdôležitejšie vlastnosti antén sú zisk a vyžarovací diagram.

Zisk parabolickej antény závisí od priemeru paraboloidu: čím väčší je priemer zrkadla, tým vyšší je zisk.

Závislosť zisku parabolickej antény od priemeru je uvedená nižšie.

Úlohu zosilnenia parabolickej antény je možné analyzovať pomocou žiarovky. Svetlo je rovnomerne rozptýlené do okolitého priestoru a oko pozorovateľa sníma určitú úroveň osvetlenia zodpovedajúcu výkonu žiarovky.

Ak je však svetelný zdroj umiestnený v ohnisku paraboloidu so ziskom 300 krát (obr. 6.7, b), jeho lúče po odraze od povrchu paraboloidu budú rovnobežné s jeho osou a intenzita farby bude ekvivalentná zdroju 13 500 W. Oči pozorovateľa také osvetlenie nemôžu vnímať. Táto vlastnosť je najmä základom princípu svetlometu.

Takže paraboloid antény, striktne povedané, nie je anténou v jej chápaní premeny sily elektromagnetického poľa na signálne napätie. Paraboloid je iba reflektor rádiových vĺn a sústreďuje ich do ohniska, kde by mala byť umiestnená aktívna anténa (napájací zdroj).

Smerový diagram antény charakterizuje závislosť amplitúdy intenzity elektrického poľa E vytvorenej v určitom bode od smeru k tomuto bodu. V takom prípade zostáva vzdialenosť od antény po tento bod konštantná.

Zvýšenie zisku antény má za následok zúženie hlavného laloku radiačného obrazca a jeho zúženie na menej ako 1 ° vedie k potrebe napájania antény sledovacím systémom, pretože geostacionárne satelity kmitajú okolo svojej stacionárnej polohy na obežnej dráhe. Zvýšenie šírky obrazca žiarenia vedie k zníženiu zosilnenia, a tým k zníženiu výkonu signálu na vstupe prijímača. Na základe toho je optimálna šírka hlavného laloku radiačného obrazca.

Šírka je 1 … 2 ° za predpokladu, že vysielacia satelitná anténa je udržiavaná na obežnej dráhe s presnosťou ± 0,1 °.

Prítomnosť bočných lalokov v radiačnom obrazci tiež znižuje zisk antény a zvyšuje schopnosť prijímať rušenie. Šírka a konfigurácia obrazca žiarenia do značnej miery závisia od tvaru a priemeru prijímacieho zrkadla antény.

Najdôležitejšou charakteristikou parabolickej antény je tvarová presnosť. Mal by opakovať tvar revolučného paraboloidu s minimálnymi chybami. Presnosť tvaru určuje zisk antény a vzor žiarenia.

Je takmer nemožné vyrobiť anténu s povrchom ideálneho paraboloidu. Akákoľvek odchýlka od ideálneho tvaru parabolického zrkadla ovplyvňuje vlastnosti antény. Vyskytujú sa fázové chyby, ktoré zhoršujú kvalitu prijímaného obrazu a klesá zisk antény. K deformácii tvaru dochádza aj počas prevádzky antén: pod vplyvom vetra a atmosférických zrážok; gravitácia; v dôsledku nerovnomerného zahriatia povrchu slnečnými lúčmi. Berúc do úvahy tieto faktory sa stanoví prípustná celková odchýlka profilu antény.

Kvalita materiálu ovplyvňuje aj výkon antény. Na výrobu satelitných antén sa používa hlavne oceľ a dural.

Oceľové antény sú lacnejšie ako hliníkové, sú však ťažšie a náchylnejšie na koróziu, preto je pre ne obzvlášť dôležitá antikorózna úprava. Faktom je, že veľmi tenká povrchová vrstva kovu sa podieľa na odraze elektromagnetického signálu od povrchu. Ak je poškodená hrdzou, účinnosť antény sa výrazne zníži. Lepšie je najskôr oceľovú anténu pokryť tenkou ochrannou vrstvou z nejakého farebného kovu (napríklad zinku) a potom ju natrieť farbou.

Tieto problémy pri hliníkových anténach nevznikajú. Sú však o niečo drahšie. Priemysel vyrába aj plastové antény. Ich zrkadlá s tenkým kovovým povlakom sú náchylné na deformáciu tvaru v dôsledku rôznych vonkajších vplyvov: teploty, zaťaženia vetrom a mnohých ďalších faktorov. K dispozícii sú sieťové antény odolné proti vetru. Majú dobré hmotnostné charakteristiky, ale pri prijímaní signálov v pásme Ki dosahovali slabé výsledky. Takéto antény sa odporúča používať na príjem signálov v pásme C.

Parabolická anténa na prvý pohľad vyzerá ako hrubý kovový kus, vyžaduje však starostlivé zaobchádzanie počas skladovania, prepravy a inštalácie. Akékoľvek skreslenie tvaru antény vedie k prudkému zníženiu jej účinnosti a zhoršeniu kvality obrazu na televíznej obrazovke. Pri kúpe antény by ste mali venovať pozornosť prítomnosti skreslenia pracovnej plochy antény. Niekedy sa stáva, že pri nanášaní antikoróznych a dekoratívnych povlakov na zrkadlo antény je „poháňané“ a má podobu vrtule. Môžete to skontrolovať umiestnením antény na rovnú podlahu: okraje antény by sa mali všade dotýkať povrchu.

Témou nášho dnešného rozhovoru je parabolická anténa. Faktom je, že mnoho ľudí mylne nazýva všetky antény pre satelitnú televíziu tak. V skutočnosti nie všetky tieto zariadenia sú parabolické antény. Toto je iba jeden typ tohto vybavenia. Najprv si definujeme tento pojem. Satelit sa teda nazýva zrkadlové zariadenie určené na príjem signálov zo satelitov.

Poďme teraz priamo na výhľady. Parabolická anténa je najbežnejšia z nich. Používa sa na príjem rozhlasového vysielania, televízie a prístupu na internet. Existujú dva typy takýchto zariadení.

Prvý typ je priame zameranie. Toto je klasický typ revolučného paraboloidu. Táto parabolická anténa môže pracovať v pásme C aj Ku. Je tiež možné prevádzkovať zariadenie v kombinovanom režime. Druhým typom je ofsetová anténa. Tento typ je najbežnejší pre individuálny príjem satelitného vysielania. Táto anténa je eliptický paraboloid. Zaostrenie tohto segmentu je nižšie ako geometrický stred zariadenia.

Toto usporiadanie pomáha eliminovať zatienenie užitočnej oblasti ožarovačom aj jeho podperami. Preto má táto parabolická anténa koeficient vyšší ako predchádzajúca verzia s rovnakou zrkadlovou plochou. A inštalácia napájania nižšie ako ťažisko antény vám umožňuje zvýšiť jej stabilitu počas vystavenia vetru, pretože je namontovaná takmer zvisle.

Z dôvodu umiestnenia antény v miske je vylúčená akumulácia. Ako viete, môžu dosť silno ovplyvniť kvalitu signálu. Uhol sklonu tejto antény sa môže líšiť v závislosti od polohy v konkrétnej zemepisnej šírke. Tento typ antény funguje v rovnakých rozsahoch ako priame zaostrenie.

Ďalším typom sú toroidné antény. Tento produkt patrí do novej kategórie satelitného príjmu (bez použitia otočných zariadení). Táto anténa sa líši od všetkých predchádzajúcich zariadení tým, že jej parabola má lepšie navrhnutú odraznú plochu. Vďaka druhému reflektoru je možné inštalovať väčší počet prevodníkov prijímajúcich signál.

Táto anténa je vyrobená zo špeciálnej pozinkovanej ocele potiahnutej polyesterovým lakom. Jeho držiak pojme maximálne 16 prevádzačov. Medzi nimi sú povolené minimálne 3 stupne. Je pravda, že inštalácia vyžaduje prísne dodržiavanie uhla, sklonu a azimutu. Výhoda tejto antény spočíva aj v tom, že je možné na ňu nainštalovať špeciálny motor, ktorý je schopný zariadenie otočiť v smere požadovaného satelitu.

V poslednej dobe sa stala relevantnou WiFi parabolická anténa. Ako ste už hádali z názvu, je schopný pracovať bez káblového pripojenia. To je v zásade všetko, čo som vám chcel povedať o anténach.

Príjem satelitných televíznych signálov sa vykonáva špeciálnymi prijímacími zariadeniami, ktoré zahŕňajú anténu. Parabolické antény sú najpopulárnejšie na profesionálny a amatérsky príjem vysielania zo satelitov, a to kvôli vlastnosti rotačného paraboloidu odrážať lúče rovnobežné s osou padajúcou na jeho otvor do jedného bodu, ktorý sa nazýva zaostrenie. Otvor je časť roviny ohraničená okrajom revolučného paraboloidu.

Rotačný paraboloid, ktorý sa používa ako anténny reflektor, je tvorený otáčaním rovinnej paraboly okolo svojej osi. Parabola je lokus bodov v rovnakej vzdialenosti od daného bodu (ohnisko) a danej priamky (directrix) (obr. 6.1). Bod F je zameraním a čiara AB je režisérom. Bod M so súradnicami x, y je jedným z bodov paraboly. Vzdialenosť medzi ohniskom a directrixom sa nazýva parameter paraboly a označuje sa písmenom p. Potom súradnice zaostrenia F sú nasledujúce: (p / 2, 0). Počiatok (bod 0) sa nazýva vrchol paraboly.

Podľa definície paraboly sú segmenty MF a PM rovnaké. Podľa Pytagorovej vety, MF ^ 2 \u003d FK ^ 2 + MK ^ 2. Zároveň FK \u003d \u003d x – p / 2, KM \u003d y a PM \u003d x + p / 2, potom (x – p / 2) ^ 2 + y ^ 2 \u003d (x + p / 2) ^ 2.

Vyrovnaním výrazov v zátvorkách a zmenšením podobných výrazov nakoniec získame kanonickú rovnicu paraboly:

y ^ 2 = 2px alebo y \u003d (2px) ^ 0,5. (6.1)

Tento klasický vzorec sa používa na výrobu miliónov antén na príjem satelitných televíznych signálov. Čím si táto anténa zaslúžila pozornosť?

Paralelne s osou paraboloidu cestujú lúče (rádiové vlny) zo satelitu, odrážajúce sa od clony k ohnisku, rovnako (ohnisková vzdialenosť). Obvykle dva lúče (1 a 2) dopadajú na oblasť clony paraboloidu v rôznych bodoch (obr. 6.2). Odrazené signály oboch lúčov však putujú k zaostreniu F rovnako ďaleko. To znamená, že vzdialenosť A + B \u003d C + D. Všetky lúče emitované vysielacou anténou satelitu, na ktoré je paraboloidové zrkadlo nasmerované, sú teda sústredené vo fáze na ohnisku F. Táto skutočnosť je dokázaná matematicky (obr. 6.3).

Voľba parametra parabola určuje hĺbku paraboloidu, to znamená vzdialenosť medzi vrcholom a ohniskom. Pri rovnakom priemere clony majú paraboloidy s krátkym ohniskom veľkú hĺbku, čo spôsobuje, že je mimoriadne nepríjemné inštalovať prísun zaostrenia. Navyše u paraboloidov s krátkym ohniskom je vzdialenosť od napájania k hornej časti zrkadla oveľa menšia ako k jeho okrajom, čo vedie k nerovnomerným amplitúdam pri napájaní pre vlny odrážané od okraja paraboloidu a od zóny blízko vrcholu.

Paraboloidy s dlhým ohniskom majú menšiu hĺbku, inštalácia krmiva je pohodlnejšia a distribúcia amplitúdy sa stáva rovnomernejšou. Takže s priemerom clony 1,2 m a parametrom 200 mm je hĺbka paraboloidu 900 mm a s parametrom 750 mm iba 240 mm. Ak parameter presahuje polomer clony, ohnisko, v ktorom by sa mal nachádzať prísun, je mimo objemu ohraničeného paraboloidom a clonou. Najlepšou možnosťou je, keď je parameter o niečo väčší ako polomer clony.

Satelitná anténa je jediným zosilňujúcim prvkom prijímacieho systému, ktorý nezavádza vlastný šum a neznižuje signál, a teda ani obraz. Antény so zrkadlom vo forme revolučného paraboloidu sú rozdelené do dvoch hlavných tried: symetrický parabolický reflektor a asymetrický (obr. 6.4, 6.5). Prvý typ antén sa zvyčajne nazýva priame zameranie, druhý – ofsetový.

Ofsetová anténa je ako vystrihnutý segment paraboly. Ohnisko takéhoto segmentu je umiestnené pod geometrickým stredom antény. To eliminuje zatienenie užitočnej oblasti antény napájaním a jej podperami, čo zvyšuje jej účinnosť pri rovnakej zrkadlovej ploche s osovo súmernou anténou. Napájanie je navyše inštalované pod ťažiskom antény, čím sa zvyšuje jej stabilita pri zaťažení vetrom.

Práve tento návrh antény je najbežnejší pri individuálnom príjme satelitnej televízie, aj keď sa v súčasnosti používajú iné princípy budovania pozemských antén.

Ak je pre stabilný príjem zvolených satelitných programov potrebný anténny rozmer do 1,5 m, odporúča sa použiť ofsetové antény, pretože s nárastom celkovej plochy antény sa účinok zrkadlového tienenia zmenší.

Ofsetová anténa je namontovaná takmer vertikálne. V závislosti na zemepisnej šírke sa mierne mení uhol jeho sklonu. Táto poloha vylučuje zachytávanie atmosférických zrážok v anténnej miske, čo výrazne ovplyvňuje kvalitu príjmu.

Princíp fungovania (zaostrovania) priameho zaostrenia (osovometrické) a ofsetových (asymetrických) antén.

Pre antény majú osobitnú dôležitosť charakteristiky smernosti. Vďaka schopnosti používať antény s vysokou priestorovou selektivitou sa prijíma satelitná televízia. Najdôležitejšie vlastnosti antén sú zisk a vyžarovací diagram.

Zisk parabolickej antény závisí od priemeru paraboloidu: čím väčší je priemer zrkadla, tým vyšší je zisk.

Závislosť zisku parabolickej antény od priemeru je uvedená nižšie.

Úlohu zosilnenia parabolickej antény je možné analyzovať pomocou žiarovky (obr. 6.7, a). Svetlo je rovnomerne rozptýlené do okolitého priestoru a oko pozorovateľa sníma určitú úroveň osvetlenia, ktorá zodpovedá výkonu žiarovky.

Ak je však svetelný zdroj umiestnený v ohnisku paraboloidu so ziskom 300 krát (obr. 6.7, b), jeho lúče po odraze od povrchu paraboloidu budú rovnobežné s jeho osou a intenzita farby bude ekvivalentná zdroju 13 500 W. Oči pozorovateľa také osvetlenie nemôžu vnímať. Táto vlastnosť je najmä základom princípu činnosti svetlometu.

Takže paraboloid antény, striktne povedané, nie je anténou v jej chápaní premeny sily elektromagnetického poľa na signálne napätie. Paraboloid je iba reflektor rádiových vĺn a sústreďuje ich do ohniska, kde by mala byť umiestnená aktívna anténa (napájací zdroj).

Smerový diagram antény charakterizuje závislosť amplitúdy intenzity elektrického poľa E vytvorenej v určitom bode od smeru k tomuto bodu. V takom prípade zostáva vzdialenosť od antény po tento bod konštantná.

Zvýšenie zisku antény má za následok zúženie hlavného laloku radiačného obrazca a jeho zúženie na menej ako 1 ° vedie k potrebe napájania antény sledovacím systémom, pretože geostacionárne satelity kmitajú okolo svojej stacionárnej polohy na obežnej dráhe. Zvýšenie šírky obrazca žiarenia vedie k zníženiu zosilnenia, a teda k zníženiu výkonu signálu na vstupe prijímača. Na základe toho je optimálna šírka hlavného laloku smerového obrazca 1 … 2 ° za predpokladu, že vysielacia satelitná anténa je udržiavaná na obežnej dráhe s presnosťou ± 0,1 °.

Prítomnosť bočných lalokov v radiačnom obrazci tiež znižuje zisk antény a zvyšuje schopnosť prijímať rušenie. Šírka a konfigurácia obrazca žiarenia do veľkej miery závisia od tvaru a priemeru zrkadla prijímacej antény.

Najdôležitejšou charakteristikou parabolickej antény je tvarová presnosť. Mal by opakovať tvar revolučného paraboloidu s minimálnymi chybami. Presnosť tvaru určuje zisk antény a jej vyžarovací profil.

Je takmer nemožné vyrobiť anténu s povrchom ideálneho paraboloidu. Akákoľvek odchýlka od ideálneho tvaru parabolického zrkadla ovplyvňuje vlastnosti antény. Vyskytujú sa fázové chyby, ktoré zhoršujú kvalitu prijímaného obrazu a klesá zisk antény. K deformácii tvaru dochádza aj počas prevádzky antén: pod vplyvom vetra a atmosférických zrážok; gravitácia; v dôsledku nerovnomerného zahriatia povrchu slnečnými lúčmi. Pri zohľadnení týchto faktorov sa stanoví prípustná celková odchýlka profilu antény.

Kvalita materiálu ovplyvňuje aj výkon antény. Na výrobu satelitných antén sa používa hlavne oceľ a dural.

Oceľové antény sú lacnejšie ako hliníkové, sú však ťažšie a náchylnejšie na koróziu, preto je pre ne obzvlášť dôležitá antikorózna úprava. Faktom je, že veľmi tenká povrchová vrstva kovu sa podieľa na odraze elektromagnetického signálu od povrchu. Ak je poškodená hrdzou, účinnosť antény sa výrazne zníži. Lepšie je najskôr oceľovú anténu pokryť tenkou ochrannou vrstvou z nejakého farebného kovu (napríklad zinku) a potom ju natrieť farbou.

Tieto problémy pri hliníkových anténach nevznikajú. Sú však o niečo drahšie. Priemysel vyrába aj plastové antény. Ich zrkadlá s tenkým kovovým povlakom sú náchylné na deformáciu tvaru v dôsledku rôznych vonkajších vplyvov: teploty, zaťaženia vetrom a mnohých ďalších faktorov. K dispozícii sú sieťové antény odolné proti vetru. Majú dobré hmotnostné charakteristiky, ale pri prijímaní signálov v pásme Ki dosahovali slabé výsledky. Takéto antény sa odporúča používať na príjem signálov v pásme C.

Parabolická anténa na prvý pohľad vyzerá ako hrubý kovový kus, vyžaduje však starostlivé zaobchádzanie počas skladovania, prepravy a inštalácie. Akékoľvek skreslenie tvaru antény vedie k prudkému zníženiu jej účinnosti a zhoršeniu kvality obrazu na televíznej obrazovke. Pri kúpe antény by ste mali venovať pozornosť prítomnosti skreslenia pracovnej plochy antény. Niekedy sa stáva, že pri nanášaní antikoróznych a dekoratívnych povlakov na zrkadlo ho anténa „vedie“ a má formu vrtule. Môžete to skontrolovať umiestnením antény na rovnú podlahu: okraje antény by sa mali všade dotýkať povrchu.

Potrebujete parabolickú anténu o priemere 5m ? Aj to nie je nemožné – market.sk
Big Size 5m Aluminum Mesh Satellite Dish Antenna – 5m satellite dish antenna