Спутниковая антенна. Параболическая антенна Антенны приемо передающие параболические
Читайте также
Работа спутниковых антенн, в частности тех, которые принимают телевизионный сигнал, основана на оптическом свойстве параболы. Парабола - это геометрическое место точек, равноудаленных от прямой (называемой директрисой) и от не лежащих на директрисе точки (называемой фокусом). Из приведенного определения параболы не сложно получить "школьное": парабола - это график квадратичной функции y=ax^2+bx+c (в частности, y=x^2).
Сформулируем упомянутое оптическое свойство параболы. Если в фокусе параболы поместить точечный источник света (лампочку) и включить его, то лучи, отразившись от параболы, пойдут параллельно оси симметрии параболы, причем передний фронт будет перпендикулярен оси.
Верно и обратное - если на параболу падает поток лучей, параллельных оси симметрии, то, отразившись от параболы, лучи придут в фокус, причём одновременно, если передний фронт потока лучей перпендикулярен оси.
При вращении параболы вокруг её оси симметрии получается параболоид вращения - поверхность второго порядка. При любом сечении параболоида плоскостями, проходящими через ось симметрии, получаются равные параболы с общим фокусом, поэтому параболоид также обладает оптическим свойством. Если поместить излучатель в фокус, то лучи, отразившись от поверхности, пойдут параллельно оси вращения. А если на параболоид падают лучи, параллельные его оси, то после отражения все они собираются в фокусе.
Оптическое свойство - принципиальная основа параболических антенн. Антенны могут вращаться, пример - параболические антенны в аэропортах, по форме являющиеся "ломтиками" огромных параболоидов, они и передают и принимают сигнал. Антенны могут быть неподвижными. К последнему типу относятся бытовые спутниковые телевизионные антенны ("тарелки"): их нацеливают на спутник-ретранслятор, находящийся высоко над Землёй на геостационарной орбите, после чего их положение фиксируется.
Поскольку спутник находится далеко от поверхности, приходящие от него лучи в точке приёма антенной можно считать параллельными. В фокусе спутниковой антенны находится приёмник, от которого сигнал по кабелю отправляется к телевизору.
Эта же идея применяется при создании прожекторов железнодорожных локомотивов, фар автомобилей, её можно использовать даже для приготовления еды в полевых условиях. Оптическое свойство параболы "знает" и мир живой природы. Например, некоторые северные цветы, живущие в условиях короткого лета и недостатка солнечных лучей, раскрывают лепестки в форме параболоида, чтобы "сердцу" цветка было теплее. «Параболическими» являются такие альпийские и арктические цветы, как прострел альпийский, беквичия ледниковая, полярный мак. Благодаря оптическому свойству параболы у таких цветов ускоряется созревание семян. Ещё одно полезное для цветов следствие свойства их параболичности — привлечение насекомых, которые любят «понежиться» в чаше цветка, а это влияет на процесс переноса пыльцы (опыление).
Параболическая антенна состоит из облучателя и отражателя в виде параболоида вращения либо его части.
При можно использовать оптическое представление хода лучей. Конструкция облучателя такова, что он излучает волны, форма фронта которых близка к сферической. Параболический отражатель преобразует сферический фронт в плоский, что определяет узкую ДН.
Существуют антенны двух видов: осесимметричные и осенесимметричные.
Уменьшить обратную реакцию рефлектора на облучатель можно выносом облучателя из поля отраженной волны.
Уравнение параболы в полярной системе координат определяется равенством
,
где: – фокусное расстояние, – угол раскрыва.
Если угол раскрыва , антенна называется длиннофокусной, в противном случае – короткофокусной. Ширина ДН:
.
Направленные свойства антенн ухудшаются за счет фазовых искажений поля в раскрыве, которые могут быть вызваны отклонением профиля рефлектора. Допустимым отклонением фазы поля в раскрыве считают
Тогда погрешность изготовления профиля рефлектора равна
.
Наибольшая точность должна быть в центре при
В тех случаях, когдане требуется высокого защитного действия, для уменьшения веса и ветровой нагрузки поверхность рефлекторов перфорируют или выполняют решетчатой. Отношение энергии, прошедшей через рефлектор, к падающей энергии называется коэффициентом прохождения Т 0 .
Для перфорированных поверхностей:
,
где S – площадь отражающей поверхности; S¢ общая площадь всех отверстий в рефлекторе; r - радиус отверстий.
Диаметр отверстий не должен превышать с расстоянием между центрами отверстий при этом 
.
На рисунке приведена зависимость коэффициента прохождения от соотношений и для решетчатого рефлектора, выполненного из прямоугольных пластин с размерами d
и t
и расстоянием между пластинами и для решетчатого рефлектора из параллельных проводов с радиусом r .
а) из проводов прямоугольного сечения, б) из проводов круглого сечения
Достоинством параболической антенны является относительная простота и малая стоимость. Недостатки – низкий КЗД =30 – 48 дБ (), сложность согласования с фидером.
Для улучшения направленных свойств и увеличения КЗД до 55 – 70 дБ применяются цилиндрические экраны (бленды).
При использовании волн с ортогональной поляризацией облучающий рупор должен иметь квадратное сечение. Естественная помехозащищенность осесимметричных антенн в области тени невысока - уровень излучения в области пуассоновского лепестка лишь на 5-10 дБ ниже уровня изотропного излучения. В связи с этим проблема улучшения помехозащищенности в заднем полупространстве весьма важна. Особенно острой она является для радиорелейной связи, где для нормальной работы линии необходимо обеспечить во всей теневой области уровень излучения на 20-30 дБ ниже изотропного.
Разработанные к настоящему времени методы уменьшения теневого излучения сводятся к уменьшениям уровня возбуждения кромки антенны и дифракционной способности кромки, дополнительному затенению дифракционного поля, компенсации полей кромки, расфазировке полей кромки.
Уменьшение уровня возбуждающего кромку поля может быть осуществлено либо созданием в раскрыве специальных распределений, либо нанесением поглощающих материалов на рабочую поверхность зеркала, причем в обоих случаях уменьшается усиление антенны. Достаточно эффективно покрытие поглотителем внутренней поверхности цилиндрической бленды. При этом существенно ослабляется на кромке бленды уровень поля от антенны
При достаточно протяженной бленде можно таким образом обеспечить широкодиапазонное подавление теневого излучения на 10-15 дБ без заметного уменьшения эффективности антенны.
Уменьшение дифракционной способности кромки может быть достигнуто многими способами. Это, например, четвертьволновые ловушки или импедансные устройства. Такие устройства сложны в производстве и полностью не решают задачу. Неплохие результаты могут быть обеспечены покрытием внешней поверхности антенны поглотителем. Так, по данным, это позволяет уменьшить уровень поля в области тени на 7-10 дБ.
В ряде случаев целесообразно использование скругленных кромок. Подавление эффективно, если , где - радиус скругления (рис).
Дифракционное излучение кромки может быть существенно уменьшено, если переход от металла к свободному пространству выполнить плавным, т. е. периферийную область антенны сделать полупрозрачной.
Эффективное ослабление дифракционного поля кромки может быть достигнуто использованием дисковых металлических экранов (рис.).
Если профиль экрана выполнить параболическим с фокусом на кромке антенны (см. рис.), то отраженное от него поле будет сконцентрировано в окрестности главного лепестка антенны и его влияние будет совершенно незаметным.
Компенсация дифракционных полей кромки может быть осуществлена с помощью щелевого экрана (см. рис.), при определенных размерах его дифракционные поля на кромках А, В, С компенсируют друг друга в направлении .
Эффективно использование щелевого экрана совместно со сплошным дисковым экраном (см. рис.).
Рассмотрение устройств подавления теневого излучения расфазировкой дифракционных полей кромки начнем с так называемых скошенных бленд (см.рис.). Диаграмма направленности в плоскости NN обычно плоскость NN горизонтальна; в этом случае скос бленды АВ лежит в вертикальной плоскости) антенны со скошенной блендой может быть определена
следующим образом. Если обозначить через угол между плоскостью NN и поляризацией поля облучателя(ось OY
), то для поля основной поляризации в заднем полупространстве получим.
где 2р - разность фаз сигналов, дифрагированных в направлении от верхней и нижней точек бленды .
Интенсивное подавление излучения в заданной плоскости может быть осуществлено с помощью экрана (или фланца), состоящего из двух полудисков (см. рис.), размеры которых подобраны таким образом, что дифракционные поля от верхнего полудиска сдвинуты по фазе на я по отношению к полям от нижнего полудиска 
. В плоскости раздела
Определенный интерес представляют устройства с плавной расфазировкой дифракционных полей на кромке. В частности, если обрез кромки выполнен по спирали (см. рис.), то фаза полей в направлении изменяется по закону .
Значительно лучшие результаты могут быть получены, если выполнить экран в виде многоугольной звезды (см. рис.).
ДВУХЗЕРКАЛЬНАЯ АНТЕННА КАССЕГРЕНА (АДГ)
В 1672 г. французский оптик Кассегрен изобрел телескоп, состоящий из 2-х зеркал. Фокус является реальной фокальной точкой и расположен вблизи главного зеркала. Второй фокус является виртуальной фокальной точкой и расположен в фокусе параболоида. Антенна построенная по этой схеме позволяет укоротить тракт СВЧ и разместить основную часть конструкции облучателя за зеркалом.
Уменьшение фокусного расстояния главного зеркала, а также малое рассеяние поля облучателя в заднюю полусферу способствует уменьшению шумовой температуры.
При простой ДЗА в качестве промежуточного используется гиперболическое зеркало. Такая антенна получила название антенна двузеркальная с гиперболическим малым зеркалом АДГ. Гиперболическое зеркало имеет два фокуса. Антенна выполняется так, чтобы F1 совпал с фокусом параболического рефлектора, а F2 – с фокусом облучателя. АДГ имеет более высокое значение КЗД и лучшее согласование с фидером. В зависимости от отношения диаметров КИП составляет 0,5..0,6. Обычно берется .
Геометрия классической антенны Кассегрена
В двухзеркальной антенне можно получить лучшее амплитудное распределение поля в раскрыве большого параболического зеркала с резким спадом поля на его краях за счет установки специального фланца 3 на малом зеркале. Этим достигается уменьшение интенсивности боковых лепестков диаграммы направленности антенны и в улучшение ее защитного действия. Все указанные свойства двухзеркальной антенны являются существенными при работе линий космической связи, поэтому эти антенны часто используются в космических комплексах.
Двухзеркальная антенна
Недостатками двухзеркальной антенны являются наличие обратной реакции малого гиперболического рефлектора на облучатель и затенение малым зеркалом раскрыва антенны. Затенение раскрыва вызывает увеличение интенсивности боковых лепестков в диаграмме направленности антенны.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Томский Государственный Университет Систем Управления и Радиоэлектроники
Кафедра сверхвысокочастотной и квантовой радиотехники
(СВЧ и КР)
Лабораторная работа по курсу «Антенны»
«Исследование ДН параболической антенны»
Проверил: Выполнили ст.гр.121-2:
Фатеев А.В.______ Якушенко Ю.В._______
Ермолова М.И._______
Калугин П.С.________
Введение
Целью данной работы является: измерение ДН параболической антенны в дальней, зоне, измерения диаграммы направленности параболической антенны в ближней зоне для облучателя, вынесенного из фокуса зеркала, измерение поляризационной диаграммы антенны.
1 Описание экспериментальной установки
Структурная схема установки представлена на рисунке 1.1.
1 – блок P2M; 2 – передающая рупорная антенна; 3 – принимающая параболическая антенна; 4 – детектор; 5 – блок P2M
Рисунок 1.1 – Структурная схема экспериментальной установки.
2 Основные расчетные формулы
ДН параболической антенны рассчитывается по формуле:
где - функция Бесселя;
–волновое число, – длина волны;
см – радиус зеркала;
–угол между нормалью к раскрыву и направлением на точку пространства, где определяется поле.
Длина волны рассчитывается по формуле:
λ =4 см ;
Расстояние до дальней зоны рассчитаем по формуле:
D – диаметр параболоида, – длина волны.
Для измерения ДН в ближней зоне параболическую антенну устанавливаем от передающей на расстоянии , которое рассчитывается по формуле:
где – расстояние между передающей и приемной антеннами;
–величина выноса фазового центра облучателя;
–фокусное расстояние;
–диаметр зеркала.
3 Результаты работы и их анализ
Воспользуемся формулой (2.2) и (2.3) и определим минимальный радиус дальней зоны.
По формуле (2.4) рассчитаем R опт :
Воспользуемся формулой (2.1), построим ДН параболической антенны и определим ширину диаграммы направленности по уровню 0,5 от максимального значения. ДН параболической антенны представлена на рис.3.1.
Рисунок 3.1 – ДН параболической антенны
Ширина диаграммы направленности равна 7,68 градусов.
Диаграммы направленности, полученные экспериментальным путем для вертикальной и горизонтальной поляризации передающей антенны, представлены на рисунке 3.2 и 3.3 соответственно. Фокус зеркала совмещен с фазовым центром облучателя (f =22 см ). Расстояние между антеннами 8 м . Для вертикальной поляризации антенны ширина ДН равна 5,5 градусам, а для горизонтальной 10 градусов.
Рисунок 3.2 – ДН для вертикальной поляризации
Рисунок 3.3 – ДН для горизонтальной поляризации
Сместим облучатель из фокуса вдоль оси зеркала на расстояние = 3 см и снимем ДН параболической антенны в дальней зоне при вертикальной поляризации облучателя, полученная ДН представлена на рисунке 3.4.
Рисунок 3.4 – ДН для вертикальной поляризации параболической антенны со смещенным фокусом
Совместить с фокусом зеркала фазовый центр облучателя и повернем облучатель на угол 6° от оси зеркала. Полученная ДН для вертикальной поляризации представлена на рисунке 3.5. Ширина ДН равна 10 градусам.
Рисунок 3.5 – ДН для вертикальной поляризации с углом отклонения облучателя на 6 градусов
Поставим облучатель параболической антенны в фокус и, вращая передающую рупорную антенну, снимем поляризационную диаграмму параболической антенны. Измерения проводим через 20°, полученная поляризационная диаграмма представлена на рисунке 3.6.
Рисунок 3.6 – Поляризационная диаграмма
Установим передающую рупорную антенну на расстояние = 2 м и снимем ДН параболической антенны для вертикальной поляризации при облучателе, находящимся в фокусе. Полученная ДН представлена на рисунке 3.7. Ширина ДН равна 9 градусам.
Рисунок 3.7 – ДН для вертикальной поляризации при R опт =2 м
Сместим облучатель параболической антенны из фокуса на расстояние = 3 см и снимем ДН. При этом передающая антенна должна находиться на расстоянии . Полученная ДН при вертикальной поляризации представленная на рисунке 3.8. Ширина диаграммы направленности равна 8 градусам.
Рисунок 3.8 – ДН для вертикальной поляризации при смещенном фокусе
Рисунок 3.9 – ДН для вертикальной поляризации при несмещенном фокусе в дальней зоне
Заключение
В ходе лабораторной работы были измерены диаграммы направленности параболической антенны в ближней и дальней зонах, а также поляризационная диаграмма.
Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что при отклонения облучателя на определенный угол, максимум диаграммы смещается в сторону отклонения облучателя. При вынесение облучателя из фокуса ширина ДН сужается.
При смещении облучателя из фокуса вдоль оси зеркала на поверхности раскрыва возникают фазовые искажения, симметричные относительно вершины зеркала, что расширяет главный лепесток диаграммы направленности, чтобы компенсировать фазовые ошибки в раскрыве выносим облучатель из фокуса в ближней зоне, диаграмма направленности при этом получается такой же как если бы облучатель находился в фокусе, а приемная антенна в дальней зоне.
Ор-би-та спут-ни-ка но-сит на-зва-ние гео-ста-ци-о-нар-ной, ес-ли при вра-ще-нии Зем-ли спут-ник все-гда ви-сит над од-ной и той же точ-кой зем-ной по-верх-но-сти. Та-кие ор-би-ты за-ча-стую ис-поль-зу-ют-ся в си-сте-мах свя-зи и по-зи-ци-о-ни-ро-ва-ния.
Спут-ник, ко-то-рый Вы ви-ди-те на кар-тин-ке, яв-ля-ет-ся сим-во-лом кос-ми-че-ской про-грам-мы на-шей стра-ны. Это «СОЮЗ-ТМ ».
А вот так в ка-кой-то мо-мент вы-гля-де-ла за-став-ка про-грам-мы «Вре-мя» - ос-нов-ной ин-фор-ма-ци-он-ной те-ле-про-грам-мы стра-ны.
Ну а в мульт-филь-ме мы по-смот-рим, как про-ис-хо-дит про-цесс пе-ре-да-чи сиг-на-ла, на-при-мер, совре-мен-но-го спут-ни-ко-во-го теле-ви-де-ния.
Про-ве-дём пря-мую и на-зо-вём её ди-рек-три-сой. Возь-мём точ-ку вне неё. Гео-мет-ри-че-ское ме-сто то-чек, рав-но-уда-лён-ных от ди-рек-три-сы и дан-ной точ-ки (фо-ку-са), на-зы-ва-ет-ся па-ра-бо-лой .
Ес-ли на-пра-вить на па-ра-бо-лу лу-чи све-та, па-рал-лель-ные её оси сим-мет-рии, то все лу-чи со-бе-рут-ся в фо-ку-се па-ра-бо-лы . Это свой-ство на-зы-ва-ет-ся оп-ти-че-ским свой-ством па-ра-бо-лы.
Вер-но и об-рат-ное. Ес-ли по-ме-стить лам-поч-ку в фо-кус, то лу-чи, от-ра-зив-шись от па-ра-бо-лы, пой-дут па-рал-лель-но , при-чём гра-ни-ца све-та бу-дет пря-мой.
Ес-ли про-вра-щать па-ра-бо-лу от-но-си-тель-но её оси сим-мет-рии, то по-лу-чит-ся уже по-верх-ность вра-ще-ния вто-ро-го по-ряд-ка - па-ра-бо-ло-ид . Так как в лю-бом се-че-нии плос-ко-стью, со-дер-жа-щей ось сим-мет-рии, по-лу-ча-ет-ся од-на и та же па-ра-бо-ла, то оп-ти-че-ское свой-ство вер-но и для па-ра-бо-ло-и-да. Ес-ли по-ме-стить лам-поч-ку в фо-кус па-ра-бо-ло-и-да, то лу-чи, от-ра-зив-шись от по-верх-но-сти, пой-дут па-рал-лель-но друг дру-гу . Об-рат-ное то-же вер-но.
Имен-но это свой-ство ис-поль-зу-ет-ся в спут-ни-ко-вых па-ра-бо-ли-че-ских ан-тен-нах . Так как спут-ник на-хо-дит-ся очень да-ле-ко от ан-тен-ны, то лу-чи мож-но счи-тать по-чти па-рал-лель-ны-ми, и при-ём-ник сиг-на-ла ста-вит-ся в фо-кус па-ра-бо-ло-и-да.
До-пол-ни-тель-ная ин-фор-ма-ция:
На ла-ты-ни focus озна-ча-ет «очаг, огонь» . Как ма-те-ма-ти-че-ский тер-мин сло-во «фо-кус»
Прием сигналов спутникового телевидения осуществляется специальными приемными устройствами, составной частью которых является антенна. Для профессионального и любительского приемов передач с ИСЗ наиболее популярны параболические антенны, благодаря свойству параболоида вращения отражать падающие на его апертуру параллельные оси лучи в одну точку, называемую фокусом. Апертура - это часть плоскости, ограниченная кромкой параболоида вращения.
Параболоид вращения, который используется в качестве отражателя антенны, образуется вращением плоской параболы вокруг ее оси. Параболой называется геометрическое место точек, равноудаленных от заданной точки (фокуса) и заданной прямой (директрисы) (рис. 6.1). Точка F - фокус и линия АВ - директриса. Точка М с координатами х, у - одна из точек параболы. Расстояние между фокусом и директрисой называется параметром параболы и обозначается буквой р. Тогда координаты фокуса F следующие: (р/2, 0). Начало координат (точка 0) называется вершиной параболы.
По определению параболы отрезки MF и РМ равны. Согласно теореме Пифагора MF^2 =FK^2+ MK^2. В то же время FK = = х - р/2, КМ = у и РМ = х + р/2, тогда (х - р/2)^2 + у^2 = (х + р/2)^2.
Возводя в квадрат выражения в скобках и приводя подобные члены, окончательно получаем каноническое уравнение параболы:
у^2 = 2рх, или у = (2рх)^0.5. (6.1)
По этой классической формуле сделаны миллионы антенн для приема сигналов спутникового телевидения. Чем же заслужила внимание данная антенна?
Параллельные оси параболоида, лучи (радиоволны) от спутника, отраженные от апертуры к фокусу, проходят одинаковое (фокусное расстояние). Условно два луча (1 и 2) падают на площадь раскрыва параболоида в разных точках (рис. 6.2). Однако отраженные сигналы обоих лучей проходят к фокусу F одинаковое расстояние. Это означает, что расстояние A+B=C+D. Таким образом, все лучи, которые излучает передающая антенна спутника и на которую направлено зеркало парабо
лоида, концентрируются синфазно в фокусе F. Этот факт доказывается математически (рис. 6.3).
Выбор параметра параболы определяет глубину параболоида, т. е. расстояние между вершиной и фокусом. При одинаковом диаметре апертуры короткофокусные параболоиды обладают большой глубиной, что делает крайне неудобным установку облучателя в фокусе. Кроме того, в короткофокусных параболоидах расстояние от облучателя до вершины зеркала значительно меньше, чем до его краев, что приводит к неравномерности амплитуд у облучателя для волн, отразившихся от кромки параболоида и от зоны, близкой к вершине.
Длиннофокусные параболоиды имеют меньшую глубину, установка облучателя является более удобной и амплитудное распределение становится более равномерным. Так, при диаметре апертуры 1,2 м и параметре 200 мм глубина параболоида равна 900 мм, а при параметре 750 мм - всего 240 мм. Если параметр превышает радиус апертуры, фокус, в котором должен находиться облучатель, располагается вне объема, ограниченного параболоидом и апертурой. Оптимальным считается вариант, когда параметр несколько больше, чем радиус апертуры.
Спутниковая антенна - единственный усиливающий элемент приемной системы, который не вносит собственных шумов и не ухудшает сигнал, а следовательно, и изображение. Антенны с зеркалом в виде параболоида вращения делятся на два основных класса: симметричный параболический рефлектор и асимметричный (рис. 6.4, 6.5). Первый тип антенн принято называть прямофокусными, второй - офсетными.
Офсетная антенна является как бы вырезанным сегментом параболы. Фокус такого сегмента расположен ниже геометрического центра антенны. Это устраняет затенение полезной площади антенны облучателем и его опорами, что повышает ее коэффициент полезного использования при одинаковой площади зеркала с осесимметричной антенной. К тому же, облучатель установлен ниже центра тяжести антенны, тем самым увеличивая ее устойчивость при ветровых
Именно такая конструкция антенны наиболее распространенна в индивидуальном приеме спутникового телевидения, хотя в настоящее время используются и другие принципы построения наземных спутниковых антенн.
Офсетные антенны целесообразно использовать, если для устойчивого приема программ выбранного спутника необходим размер антенны до 1,5 м, так как с увеличением общей площади антенны эффект затенения зеркала становится менее значительным.
Офсетная антенна крепится почти вертикально. В зависимости от географической широты угол ее наклона немного
меняется. Такое положение исключает собирание в чаше антенны атмосферных осадков, которые сильно влияют на качество приема.
Принцип работы (фокусировки) прямофокусной (осесимметричной) и офсетной (асимметричной) антенн показан на рис. 6.6.
Для антенн особое значение имеют характеристики направленности. Благодаря возможности использовать антенны с высокой пространственной избирательностью осуществляется прием спутникового телевидения. Важнейшими характеристиками антенн являются коэффициент усиления и диаграмма направленности.
Коэффициент усиления параболической антенны зависит от диаметра параболоида: чем больше диаметр зеркала, тем выше коэффициент усиления.
Зависимость коэффициента усиления параболической антенны от диаметра приведена ниже.
Роль коэффициента усиления параболической антенны можно проанализировать с помощью электрической лампочки (рис. 6.7, а). Свет равномерно рассеивается в окружающее пространство, и глаз наблюдателя ощущает определенный уровень освещенности, соответствующий мощности электролампочки.
Однако если источник света поместить в фокус параболоида с коэффициентом усиления 300 раз (рис. 6.7, б), его лучи после отражения поверхностью параболоида окажутся параллельны его оси, а сила цвета будет эквивалентна источнику мощностью 13 500 Вт. Такую освещенность глаз наблюдателя воспринять не может. На этом свойстве, в частности, основан принцип работы прожектора.
Таким образом, антенный параболоид, строго говоря, не является антенной в ее понимании преобразования напряженности электромагнитного поля в напряжение сигнала. Параболоид - это лишь отражатель радиоволн, концентрирующий их в фокусе, куда и должна быть помешена активная антенна (облучатель).
Диаграмма направленности антенны (рис. 6.8) характеризует зависимость амплитуды напряженности электрического поля Е, создаваемого в некоторой точке, от направления на эту точку. При этом расстояние от антенны до данной точки остается постоянным.
Увеличение коэффициента усиления антенны влечет за собой сужение главного лепестка диаграммы направленности, а сужение его до величины менее 1° приводит к необходимости снабжать антенну системой слежения, так как геостационарные спутники совершают колебания вокруг своего стационарного положения на орбите. Увеличение ширины диаграммы направленности приводит к снижению коэффициента усиления, а значит, и к уменьшению мощности сигнала на входе приемника. Исходя из этого, оптимальной шириной главного лепестка диаграммы направленности яв-
ляется ширина в 1...2° при условии, что передающая антенна спутника удерживается на орбите с точностью ±0,1°.
Наличие боковых лепестков в диаграмме направленности также снижает коэффициент усиления антенны и повышает возможность приема помех. Во многом ширина и конфигурация диаграммы направленности зависят от формы и диаметра зеркала принимающей антенны.
Самой важной характеристикой параболической антенны является точность формы. Она должна с минимальными ошибками повторять форму параболоида вращения. Точность соблюдения формы определяет коэффициент усиления антенны и ее диаграмму направленности.
Изготовить антенну с поверхностью идеального параболоида практически невозможно. Любое отклонение от реальной формы параболического зеркала от идеальной влияет на характеристики антенны. Возникают фазовые ошибки, которые ухудшают качество принимаемого изображения, снижается коэффициент усиления антенны. Искажение формы происходит и в процессе эксплуатации антенн: под воздействием ветра и атмосферных осадков; силы тяжести; как следствие неравномерного прогрева поверхности солнечными лучами. С учетом этих факторов определяется допустимое суммарное отклонение профиля антенны.
Качество материала также влияет на характеристики антенны. Для изготовления спутниковых антенн в основном используют сталь и дюралюминий.
Стальные антенны дешевле алюминиевых, но тяжелее и больше подвержены коррозии, поэтому для них особенно важна антикоррозийная обработка. Дело в том, что в отражении электромагнитного сигнала от поверхности участвует очень тонкий приповерхностный слой металла. В случае повреждения его ржавчиной значительно снижается эффективность антенны. Стальную антенну лучше сначала покрыть тонким защитным слоем какого-нибудь цветного металла (например, цинка), а затем покрасить.
С алюминиевыми антеннами этих проблем не возникает. Однако они несколько дороже. Промышленность выпускает и пластиковые антенны. Их зеркала с тонким металлическим покрытием подвержены искажениям формы за счет различных внешних воздействий: температуры, ветровых нагрузок и ряда других факторов. Существуют сетчатые антенны, устойчивые к ветровым нагрузкам. Они имеют хорошие весовые характеристики, но плохо зарекомендовали себя при приеме сигналов Ки-диапазона. Такие антенны целесообразно использовать для приема сигналов С-диапазона.
Параболическая антенна на первый взгляд кажется грубым куском металла, но тем не менее она требует аккуратного обращения при хранении, транспортировке и монтаже. Любые искажения формы антенны приводят к резкому снижению ее эффективности и ухудшению качества изображения на экране телевизора. При покупке антенны необходимо обратить внимание на наличие искажений рабочей поверхности антенны. Иногда бывает, что при нанесении антикоррозийных и декоративных покрытий на зеркало антенны ее «ведет» и она приобретает форму пропеллера. Проверить это можно, положив антенну на ровный пол: края антенны везде должны касаться поверхности.