Перегляд одного допису
Старий 14.03.2011, 14:58   #2
argonavt79
Передовик
 
Аватар для argonavt79
 
Реєстрація: 09.02.2011
Вік: 53
Дописи: 646

Типово

Технологія виготовлення параболічних антен для Супутникового ТБ (ретро)
Зацікавившись прийомом СТВ, радіоаматори, як правило, купують для цього готовий комплект апаратури. У нього зазвичай входить параболічна антена (ПА) невеликого діаметру (0,9 ... 1,2 м). Одним з перших кроків модернізації системи є придбання антени більшого діаметра. Але антени великого діаметра дуже дорогі, тому багато хто намагається виготовити ПА в домашніх умовах. У радіоаматорській літературі публікувалися статті про виготовлення ПА, наприклад [1], але в них не враховувалися деякі фактори.Справа в тому, що при конструюванні антен потрібно враховувати параметри опромінювача, що входить до складу конвертера. Дана стаття спрямована на систематизацію даних по конструюванню ПА і застосування їх до наявних умов.
Існує безліч видів НВЧ-антен - параболічні, фазовані решітки, на основі лінз Френеля і т.д. Стосовно до умов домашнього виготовлення рекомендуються ПА, зважаючи на простоту їх виготовлення.
Можливі два варіанти виконання ПА:
- Шляхом виклейкі на матриці;
- Пайкою з мідного дроту і сітки (т.зв. сітчасті антени). Кожна з антен має свої переваги і недоліки. До достоїнств першої належить простота контролю форми при виготовленні, до другої - менші маса і парусність.
Перш за все потрібно визначити, який опромінювач є в наявності у радіоаматора. Звернемося до рис. 1 і визначимо, які параметри характеризують антену. По-перше, це її діаметр d (як правило, їм і задаються на початку розрахунку). Найліпший відстань від фокуса антени (у фокусі розташовується опромінювач конвертера, або друге дзеркало у випадку двох-рефлекторної системи) до рефлектора антени називається фокусною відстанню f.Глибина дзеркала h - найбільша відстань від площини розкриву рефлектора S до самого рефлектора антени. Кут апертури Ф - кут, під яким видно площину розкриву дзеркала антени S з її фокусу F. При цьому вони пов'язані такими співвідношеннями.



Ставлення f / d визначає параметри вашого опромінювача.Зазвичай f / d лежить в межах 0,3 ... 0,5. Чим більше це відношення, тим менше h і тим менше витрати матеріалів на виготовлення ПА (при деякої втрати коефіцієнта посилення Ку). Якщо ви маєте опромінювач з f / d = 0,3 і хочете знизити витрати, то придбайте опромінювач з f / d = 0,5, а краще всього придбати опромінювач із змінним f / d.
Спочатку за формулою (2) обчислюють залежність у від х (приймає значення
Спочатку за формулою (2) обчислюють залежність у від х (приймає значення від 0 до d / 2) і складають таблицю.Отримані значення переносять на міліметрівку і будують параболу. Далі її наклеюють на лист сталі товщиною 5 мм і випилюють по лінії параболи. Таким чином виходить ніж (необхідно суворо дотримуватися його форму, тому що від цього великою мірою залежить кінцевий результат і якість ПА). Потім, відповідно до рис. 2, слід підібрати стрижень 2 і підшипник 1 відповідних розмірів (3 - ніж). При цьому ніж укорочують на половину діаметра стрижня 2 і приварюють до нього соосно. Відповідно до рис. 3 виготовляють каркас із сталевого прутка діаметром 8 ... 10 мм (зварюванням).При цьому ребра 2 приблизно вигинають по ножу. У вершину каркаса вваривают підшипник.



Встановлюють каркас на рівному майданчику, при цьому під підшипник 1 (рис. 3) необхідно вертикально встановити трубу 4 з внутрішнім діаметром, більшим ніж діаметр підшипника 1.Весь простір під каркасом заповнюється щебенем або битою цеглою.
Встановивши на підшипник шайбу 4 (рис. 2) діаметром, дещо більшим ніж діаметр підшипника, і висотою рівною товщині майбутньої ПА (наприклад для ПА діаметром 2 м товщина дорівнює 25 мм), вставляють в підшипник ніж. Замішують бетонний розчин цемент-пісок до густої консистенції, накладають його на каркас і вирівнюють ножем. Висушують отриману матрицю протягом 3 ... 5 діб. На третю добу (при сухій погоді) затирають утворилися тріщини алебастром і зачищають наждачним папером, контролюючи якість поверхні ножем. Слід зауважити, що якщо ви плануєте використовувати матрицю неодноразово, помістіть між нею і землею два-три шари руберойду, щоб вона не руйнувалася від вологи. Також не раджу використовувати рекомендацію з [2] з виготовлення матриці з глини, тому що цей матеріал при просушування дає багато тріщин, і отримана матриця недовговічна.
Далі приступають до виклейке антени. Існує безліч способів виконання цього процесу. Наведемо кілька порад. По-перше, якщо ви виклеіваете антену великого діаметра, то пам'ятайте три недоліки, властиві їй - велика вага, опір вітру і невисоку міцність. Для спрощення виготовлення поділіть антену (точно) на 6 ... 8 секторів (при цьому врахуйте форму їх з'єднання, скріплення). У цьому випадку матрицю також можна зробити у вигляді сектора, але все-таки краща виготовити її повністю, тому що на ній можна буде виклеівать офсетні антени. Для міцності збільште товщину рефлектора і армують його радіальними ребрами із сталевого дроту.
Як матеріал для виклейкі ПА зазвичай беруть склотканина, нарізану смужками, і епоксидний клей. Можна скористатися методикою, описаною в [1], кілька спростивши її. Спочатку на вимиту з милом матрицю наносять розділову суміш, у якості якої використовують автомобільне масло (кращий результат виходить, якщо перед цим натерти матрицю рівним шаром мастики для паркету). У шайбу 4 (рис. 2) щільно вставляють трубу, на яку нещільно надягають іншу шайбу з дюралюмінію, висота якої дорівнює товщині рефлектора. Далі наносять шар смоли (не пошкодивши розділову суміш) і накладають шматки склотканини, розгладжуючи їх і прибираючи бульбашки повітря. Звичайно, бажано використовувати металізовану склотканина, але можна використовувати і звичайну, зважаючи малодоступності першою. Надалі (після виготовлення) необхідно обклеїти рефлектор шматками алюмінієвої фольги, вирізаними секторообразно. Все ж таки перший варіант, з армованою склотканиною, краще з-за кращої якості поверхні. Інший варіант формування струмопровідної поверхні полягає в нанесенні на поверхню, що відбиває ПА фарб, до складу яких входять металлопорошковие підстави (сріблянка і т.п.).
Довівши товщину рефлектора до необхідних розмірів, пріформовивают гайки для його кріплення. Можна також раму, до якої кріпиться рефлектор, приварити до радіальним ребрах жорсткості, якими кріпиться рефлектор. Рефлектор також можна кріпити болтами через крізні отвори, просвердлені в ПА після її висихання. Антени невеликого діаметра можна виготовляти з пап'є-маше (ідея була підказана Р. К. Гайдіновим). В якості наповнювача беруться газети. Їх замочують у воді і пропускають через м'ясорубку.Додають в отриману масу шпалерний клей в якості сполучного матеріалу. Отриману суміш наносять на матрицю (попередньо нанісши на неї розділову суміш) і вирівнюють її шпателем, формуючи потрібну поверхню. Після висихання антену знімають і покривають струмопровідних шаром і декількома шарами нітрофарби для захисту ПА від атмосферних опадів. Замість газет можна використовувати тканину, як описано в [2], формуючи ПА як і у випадку зі склотканиною, використовуючи як зв'язуючого матеріалу шпалерний клей.
Другий варіант ПА (сітчастий) описаний в [3]. Для неї виготовляють шаблон (рис. 4), параметри якого розраховують за формулою (2). По ньому згинають радіальні параболи з товстої мідного дроту. Товщина дроту вибирається виходячи з діаметра антени. Наприклад, для антени діаметром 1,5 м беруть дріт діаметром 4 ... 5 мм.Також необхідно виготовити кругові пояса. Діаметр поясів змінюється з кроком 10 ... 30 см.
Місця пайки поясів до радіальним парабола обчислюються за формулою (1). Після виготовлення каркаса його обтягують мелкоячеистой мідної сіткою, яку припаюють до нього. Слід зауважити, що чим більше діаметр ПА, тим товщі провід, з якого її виготовляють, і тим важче його паяти (при використанні дроту діаметром більше 7 мм бажана контактна зварка).
Наступний крок - виготовлення опорно-поворотного пристрою (ОПП). Всі ОПУ діляться на два види: азимутально-угломестной і полярні.
Перший тип простіше у виготовленні, так як використовує лише дві регулювальні осі (при перенастроюванні з супутника на супутник використовуються обидві). Перша вісь - азимутальна, і її кут обчислюється за формулою:



[IMG]http://sat-prof.com.ua/picture.php?
pictureid=107&albumid=28&dl=1300101635&thumb=1[/IMG]



[IMG]http://sat-prof.com.ua/picture.php?
pictureid=127&albumid=28&dl=1300102958&thumb=1[/IMG]


Якщо ви направите антену строго на південь, то для налаштування на заданий супутник по азимуту вам необхідно від А відняти 180 °. Якщо кут буде позитивним, антену зміщують на величину цього кута в західну сторону; якщо негативна - у східну.
Кут розташування угломестной осі 2 (рис. 5) обчислюється за формулою:



[IMG]http://sat-prof.com.ua/picture.php?
pictureid=108&albumid=28&dl=1300101670&thumb=1[/IMG]







Конструкція підвіски довільна. Розміри її залежать від діаметра антени. Наприклад, для антени діаметром 1,2 м ОПУ виготовляють відповідно до рис. 6.
Зазначений тип ОПУ використовується в основному з офсетними ПА і прямофокусних ПА малого діаметру. Так як антени великого формату мають більшу вагу, їх незручно перебудовувати щодо двох осей. Тому для них використовують інший тип ОПУ - полярний (рис. 7). У ньому є чотири осі обертання - А (1), УМ (2), полярна (3) і коригувальна (4).
Для орієнтування антени необхідно, щоб площина, якій належать полярна вісь і вісь рефлектора, лежала у площині азимутальній осі 1 та направлення на південь, зазначеного в дійсний опівдні. Для визначення напрямку вбивають у землю невеликий штир, і кожні 20 ... 30 хвилин відзначають положення тіні, що відкидається штирем. Найліпший відстань від кінця штиря, вбитого в землю, до лінії, пройденої тінню кінця штиря, і є напрямком на південь.
Далі встановлюють кут осі УМ (2) рівним географічній широті місця прийому в градусах. Встановлюють кут До корегуючої осі (4)





Потім полярну вісь (3) повертають на кут


[IMG]http://sat-prof.com.ua/picture.php?
pictureid=111&albumid=28&dl=1300101708&thumb=1[/IMG]



Як можна помітити, у разі полярної підвіски для перебудови з супутника на супутник використовується тільки полярна вісь (що й дало назву цьому типу ОПУ). Отже, спрощується перенастроювання антени. Діапазон перебудови лежить в межах +40 ° щодо південного напрямку. Але за простоту в експлуатації платять ускладненням механізму ОПУ.







На рис. 8 наведено один з численних варіантів полярної ОПУ.
Розміри вказані для ПА діаметром 2 м. До трубі 1 приварюється фланець 2. Зверху надівається фланець 3, який вільно обертається навколо своєї осі. У фланцях є отвори 4 для їх взаємної фіксації. До верхнього фланця приварюють дві труби 5 діаметром 40 мм і довжиною 60 см. До цих трубках двома болтами кріпиться труба 6 довжиною 80 см. До труби 6 приварюють дві труби 7 діаметром 40 мм і довжиною 25 см. До труб 7 кріпиться трапеція 8 допомогою гвинтів 12 (трапеція виготовляється з труб діаметром 25 ... 32 мм). До трапеції за допомогою скоб 9, 10 (дуже міцних) кріпиться рефлектор антени, при цьому в нижню трубу трапеції вставляють штифт з різьбленням на кінцях, а скобу 10 кріплять до верхньої трубі трапеції за допомогою гвинтів 11, якими регулюється коригувальний кут. Угломестной і полярна осі регулюються за допомогою тальрепов (на малюнку не показані для спрощення). Важливо організувати їх таким чином, щоб вони були доступні і не заважали доступу до конвертер, що має обратноотражающій опромінювач. Не раджу пристосовувати всілякі позиціонери, актуатори і інші засоби дистанційної настройки, застосування яких виправдано лише у випадках використання малоформатних ПА. При виготовленні ПА необхідно забезпечити мінімальний люфт всіх з'єднань, тому що бовтанка антени на вітрі погано позначається на прийомі, а також призводить до швидкого руйнування ОПУ.
Для кріплення конвертера антени відповідно до рис. 9 в рефлекторі свердлять три отвори. Виготовляють з дюралюмінію кільце 1 з внутрішнім діаметром, рівним діаметру шийки конвертера. Кільце може складатися з двох частин, що з'єднуються між собою болтами. У кільці свердлять три отвори 3 та нарізають в них різьблення. З дюралюмінію (трубок) виготовляють три штанги 2. Розмір їх підбирається так, щоб кільце 1 відстояло від точки фокуса F на 2 ... 3 см. На кінцях штанг нарізують різьблення і угвинчують їх у кільце 1, а потім їх кріплять до рефлектора 4.
Коефіцієнт посилення отриманої антени розраховується за формулою:







де Q - коефіцієнт використання поверхні (КВП), для більшості типів опромінювачів Q = 0,4 ... 0,7 (зазвичай 0,6);
- Довжина прийому хвилі.
У таблиці зведені дані Ку антен трьох діаметрів на найбільш використовуваних діапазонах (Q = 0,6).
Як ми бачимо, чим вище частота, тим більше Ку антени. Але при існуючому стані (супутники мають приблизно рівну ефективну випромінювану потужність) при різному затуханні сигналів на трасі супутник - Земля (на більш високих частотах загасання більше) результуючий сигнал на вході приймача на різних діапазонах приблизно однаковий.
Цікавий і той факт, що в каталогах багатьох фірм, які торгують ПА, вказані явно завищені Ку. Можете перевірити самостійно, вважаючи Ку за вищенаведеною формулою.





З таблиці також видно, що на низьких частотах застосування ПА недоцільно з-за нижчого порівняно з антенними фазованими гратами Ку.

Наведу кілька порад.
1. Чим більше діаметр ПА, тим вже її діаграма спрямованості, тому поряд з великою антеною бажано встановити антену маленького діаметру і налаштувати її на супутник, максимальний рівень сигналу у вашій місцевості.Потім, помітивши приблизне напрям на супутник, направити в тому ж напрямі велику антену. Прийнявши сигнал, відкоригувати положення опромінювача у фокусі антени по найкращому прийому зображення слабких каналів.
Можна ще більше спростити перенастроювання великої антени, зміцнивши маленьку на її краю таким чином, щоб осі обертання ПА 1, 2 (рис. 10) були паралельні. У схему кріплення малої антени необхідно ввести коригуючі гвинти, для попередньої установки паралельності осей антени.Прийнявши сигнал маленької антеною, переключаються на велику.





Для точного налаштування на супутник (навіть має дуже малий сигнал) дуже зручно застосовувати спеціальні детектори, схеми яких публікувалися в радіоаматорського літературі. Також для цієї мети можна використовувати аналізатор спектру (на діапазоні від 1 до 2 ГГц), подавши сигнал від конвертера через розділовий конденсатор. При цьому не слід забувати подати на конвертер напруга живлення +14 В.
2. Необхідно ретельно заземлювати антену і конвертер щоб уникнути виходу з ладу апаратури під час грози (судячи зі статистики, це трапляється досить часто). Для цього намотують на роз'ем, що з'єднує кабель з конвертером, 2 ... 3 витки дроту діаметром 1,5 ... 2 мм і заземлюють його.Таким же проводом заземлюють (окремо і паралельно на один контур) металеву поверхню антени та ОПУ.
3. Не забувайте, що чим більше діаметр антени, тим більше її опір вітру, тому необхідно передбачити заходи щодо захисту антени та ОПУ від вітрових навантажень. Використовуйте для виготовлення ОПУ якісний сталевий прокат. Наприклад, якщо для метрової ПА потрібно несе труба діаметром 32 ... 40 мм, то для двометрової - 120 ... 150 мм. Якщо є можливість, встановіть антену так, щоб її з тильного боку захищала стіна. По можливості уникайте установки антени на висоті.

Література
1. Цуріков Г. та ін Прийом СТВ. Антена для частот 11 ... 12 ГГц. - Радіо, 1990, N4, С.48-53, 88.
2. Бедак Н. Приставка до ТБ для прийому супутникового програми. - Радіо; 1998, N1, С.12 ... 15.
3. Родіонов В.М. Лінії передачі та антени УКХ. - М.: Енергія, 1977.
Автор: В. ФЕДОРОВ, смт. Лев Толстой, Липецька обл

Востаннє редагував argonavt79: 14.03.2011 о 15:02.
argonavt79 зараз поза форумом   Відповісти з цитуванням