SAT-PLUS.COM.UA - Форум о спутниковом телевидении: Антенна TRIAX Unique Multi Reception Dish - Новая система мультиспутникового приема - SAT-PLUS.COM.UA - Форум о спутниковом телевидении

Перейти к содержимому

Страница 1 из 1
  • Вы не можете создать новую тему
  • Вы не можете ответить в тему

Антенна TRIAX Unique Multi Reception Dish - Новая система мультиспутникового приема Антенна TRIAX Unique Multi Reception Dish - Новая система мультиспутни

#1 Пользователь офлайн   sat-plus 

  • Главный модератор
  • Группа: Администраторы
  • Сообщений: 1 928
  • Регистрация: 27 Февраль 11

Отправлено 09 Январь 2013 - 17:44

Антенна TRIAX Unique Multi Reception Dish - Новая система мультиспутникового приема

Увеличение числа принимаемых спутниковых (радио и телевизионных) каналов за счет приема сигналов СТВ с разных направлений от разных спутников по-прежнему остается актуальной задачей, несмотря на то, что вещание в цифровом формате, осуществляемое сейчас многими ИСЗ, позволяет существенно расширить “список” ТВ и радиопрограмм. Свидетельство тому — публикации в “Теле-Cпутнике” (№5, 1997 г., №7, 1999 г. и др.), в которых авторы предлагают различные способы технической реализации мультиспутникового приема. Напомним, что существует несколько путей для достижения указанной цели.

Мультиспутниковый прием: обзор методов

Прикрепленное изображение: monthly_01_2013/post-2-0-77318300-1357735913.gif

Первый метод наиболее простой с технической стороны. Каждая из приемных антенн направлена на отдельный спутник. Вообще говоря, это оптимальное решение с точки зрения характеристик принимаемого сигнала. Антенная система может быть наилучшим способом подобрана в зависимости от уровня сигнала в точке приема и позиции спутника. Однако в этом случае для приема сигналов с нескольких спутников необходимо иметь соответствующее количество антенн, что не всегда оказывается возможным по экономическим и, иногда, по эстетическим причинам (не всегда “лес” из антенн служит украшением городского или загородного пейзажа).

Второй способ. Прием осуществляется системой, состоящей из одного фокусирующего зеркала, которое облучает несколько конверторов (LNB). Этот метод позволяет получить сигнал с интересующего спутника, если конвертор расположен в смещенном относительно истинного фокуса месте, соответственно изменившемуся направлению на спутник. Если облучатель зеркальной антенны, имеющей вид параболоида вращения, переместить из точки истинного фокуса, находящегося на оси ее симметрии, в направлении, перпендикулярном к ее оси, то главный лепесток диаграммы направленности будет располагаться под определенным углом к оси симметрии зеркала, зависящим от степени смещения облучателя, в направлении, противоположном его смещению (рис.1). Положение облучателя характеризуется относительным смещением s = J/j. В первом приближении эта величина не зависит от расстояния между точками F и M, а зависит только от отношения фокусного расстояния зеркала f к диаметру раскрыва d. С увеличением параметра f/d, относительное смещение s растет. Как правило, у применяемых для приема спутниковых сигналов антенн, значение f/d находится в пределах 0,4-0,6. При этом s изменяется от 0,9 до 0,95.Однако при значительном смещении облучателя относительно первоначального положения (о том, какое смещение можно считать незначительным, подробно изложено в “Теле-Cпутнике” №1, 1998 г.), в такой приемной системе распределение фазы электромагнитного поля в плоскости облучателя перестает быть линейным, вследствие чего уменьшается усиление, расширяется основной лепесток диаграммы направленности, возрастает уровень боковых лепестков. В частности, возникает один или несколько относительно больших боковых лепестков в направлении, противоположном сдвигу облучателя. При отклонении направления на источник от первоначального положения на угол порядка 10-15 значений ширины основного лепестка по уровню половинной мощности, в реальной приемной системе наблюдается увеличение его ширины в 2 раза и более, что, конечно же, совершенно недопустимо при мультиспутниковом приеме.

Способность зеркальной антенны собирать падающее электромагнитное излучение и концентрировать его вблизи точки фокуса можно описывать, с достаточной в большинстве случаев точностью, законами геометрической или лучевой оптики. Падающее излучение (сигнал, передаваемый спутником) представляет собой параллельный пучок лучей. Отразившись от поверхности антенны по правилу “угол падения равен углу отражения”, лучи собираются в точке “истинного” фокуса, если направление падающего пучка совпадает с осью симметрии антенны. Если направление падающих лучей составляет некоторый угол с оптической осью зеркала, возникают искажения изображения. Для параболического зеркала этот вид искажений называется “кома”. Изображение точки, удаленной от оси, выглядит как “запятая” и напоминает комету. Отсюда и произошло название “кома”. Для приема сигналов с соседних спутников, различающихся по направлению на 30 или 60, возникающие дополнительные потери могут быть незначительны: 0.2-0.5 дБ. Однако если направления отличаются более чем на 100, потери быстро растут, достигая 3-6 дБ. Уменьшение усиления антенны с ростом величины угла отклонения облучателя j различно для различных значений f/d. С увеличением параметра f/d снижение усиления менее значительно.Следовательно, возрастает диапазон углов качания основного лепестка диаграммы направленности антенны.

Прикрепленное изображение: monthly_01_2013/post-2-0-31437600-1357736027.gif

Многим, наверняка, хорошо знакомы конструкции приемных антенных систем, где используется изложенный выше метод мультиспутникового приема на одну антенну с двумя конверторами. Например, в качестве второго конвертора можно использовать LNB C-диапазона (фото 1). В европейской части России прием сигналов Ku-диапазона системой с двумя конверторами часто осуществляется со спутников Astra 1A-1D 190 в.д. (цифровые пакеты и 10-15 аналоговых каналов) и Hot Bird 1-5 130 в.д. (цифровые и аналоговые каналы). В этом случае направления на эти спутники отличаются примерно на 60, и конверторы лучше всего расположить симметрично относительно положения основного фокуса. Представляет, несомненно, интерес одновременный прием цифрового пакета спутника "Бонум-1" 360 в.д. и одного из зарубежных спутников (скажем, Astra или Hot Bird). Конечно, расчеты не настраивают на положительный результат от такого эксперимента. Но если выбрать антенну с запасом по коэффициенту усиления, результат может быть вполне удовлетворительным.

Как один из возможных вариантов можно предложить следующую систему. Прием сигнала спутника "Бонум-1" 360 в.д. и спутникoв Hot Bird 1-5 130 в.д. осуществляется параболическим прямофокусным зеркалом диаметром 1.8 м, в фокусе которого установлены 2 конвертора Ku-диапазона — с прямофокусными облучателями (фото 2). Сигнал со спутника "Бонум-1" принимается в косом пучке. Смещение облучателя относительно оси симметрии системы составляет около 30 см. При повторении подобной системы следует так разместить конверторы, чтобы их облучатели находились в косых пучках по разные стороны от истинного фокуса, а уменьшение коэффициента усиления антенны для каждого из двух спутников сохраняло бы возможность качественного приема.

Параметры антенной системы, предназначенной для мультиспутникового приема, можно улучшить, если вместо параболического отражателя использовать сферическое зеркало, а облучатель перемещать по концентрической, относительно зеркала окружности (“Теле-Спутник” №11, 1997 г., №7, 1999 г.). Этот способ позволяет расширить сектор углов обзора до 120-1400. Из-за присущих такому отражателю искажений (сферическая аберрация), приходится либо мириться с невысоким значением коэффициента использования поверхности, либо применять корректирующие облучатели со специальной формой фазовой характеристики направленности, устраняющей систематические фазовые искажения. Если, кроме того, расстояние от зеркала до облучателя выбрать отличным от R/2, то при сканировании диаграммы направленности фазовая погрешность сначала отрицательна, далее при определенном смещении облучателя обращается в ноль, затем становится положительной. Это позволяет еще несколько увеличить сектор обзора антенной системы.

Решить задачу мультиспутникового приема с помощью одного отражателя можно, если использовать зеркало специально подобранной для этой цели формы. Примером таких разработок могут служить антенные системы, предназначенные для приема сигналов в C-диапазоне — Simulsat и Torus. Например, отражатель Simulsat представляет собой прямоугольное сечение сферической поверхности, вдоль фокальной линии которого расположены 35 облучателей, позволяющих принимать сигналы со спутников в угловом секторе 700.

Отражатель антенны Torus имеет различную кривизну в угломестном и азимутальном направлениях: цилиндрическое поперечное сечение в плоскости обзора спутников и параболическое сечение в ортогональной плоскости.

Наконец, третий способ мультиспутникового приема — это “моторная” система. Антенна механически позиционируется на выбранный спутник, поворачиваясь вокруг так называемой “полярной оси”. Кроме набора основных компонентов спутниковой приемной системы (зеркало, конвертор, ресивер), для “моторной” системы понадобятся еще позиционер (устройство управления электроприводом поворотной системы антенной подвески), актюатор (исполнительное устройство механического электропривода) и, конечно, специальная подвеска антенны с поворотным устройством, позволяющим разворачивать ее на различные спутники вокруг “полярной оси “. С помощью одного зеркала просматривается весь набор интересующих спутниковых позиций, однако, невозможен одновременный прием сигналов с нескольких спутников. Системы эти дорогостоящи, достаточно сложны в настройке (особенно при большом секторе обзора). Опыт показывает, что выполнить качественную настройку “полярки” может лишь квалифицированный установщик (и то не каждый) да единицы умельцев-одиночек, глубоко интересующихся спутниковым приемом. Хотя компоненты движущихся механических частей системы рассчитаны на работу в широком температурном диапазоне, при воздействии атмосферных осадков, все же надежность “моторных” систем ниже, чем фиксированных.

Поскольку сигналы от любого спутника направляются на единственный в этой системе конвертор с облучателем (кроме того случая, когда используется еще один конвертор с облучателем на другой частотный диапазон — пара из C- и Ku- LNB), возможны дополнительные эксплуатационные ограничения. Например, если принимаются сигналы с транспондеров, формирующих и линейную и круговую поляризации СВЧ-волн. Для обеспечения оптимальных условий (то есть минимальных потерь в тракте) при приеме таких сигналов, облучатель содержит диэлектрическую пластину-деполяризатор и магнитный или механический поляризатор. О проблемах, возникающих в этом случае, например при приеме сигналов спутника "Бонум-1" и Hot Bird на одну подвижную антенну, можно прочесть в статье Г.Высоцкого “Особенности приема сигналов с круговой поляризацией” (“Теле-Спутник” №8, 1999 г.).

Модуль Multi LNB

Прикрепленное изображение: monthly_01_2013/post-2-0-17972400-1357739981.gif

Если у вас уже установлена антенная система с офсетным отражателем размера 85 см или 100 см (Series 3000), или 88 см (TD88) фирмы TRIAX, ориентированная на прием одной спутниковой позиции, есть смысл расширить ее возможности, установив дополнительный конвертор для приема еще одного или даже двух спутников. Универсальный модуль-держатель конверторов Multi LNB 300787 позволяет разместить до трех конверторов в фокальной плоскости отражателей Series 3000, а с помощью дополнительного адаптера (TD Adaptor 300732) и на держателе конвертора антенны TD78, TD88 (фото 3). Конструктивно модуль представляет собой два пластиковых держателя офсетных конверторов, закрепленных на металлической направляющей. Смещая держатели вдоль направляющей, можно добиться оптимального качества приема с интересующего спутника. Длина направляющей позволяет установить сектор обзора в диапазоне углов от 60 до 200.

Были проведены измерения диаграммы направленности офсетной антенны TD88. Исследовались такие системы:
антенна с одним конвертором, расположенным на оси симметрии зеркала;
антенна с модулем Multi LNB.

Измерения проводились на частоте 11,3 ГГц, поляризация волны — линейная, вертикальная. Передающий облучатель — пирамидальный рупор с раскрывом 13 x 13 см, возбуждаемый генератором Г4-109, работающим в режиме с внутренней модуляцией 1 кГц, — располагался в дальней зоне приемного зеркала. В фокусе отражателя располагался универсальный конвертор Cambridge AE54 9.75/10.6 ГГц, Kш=0.7 дБ, нагруженный на детекторную головку. Уровень сигнала регистрировался узкополосным микровольтметром В6-9. На рис. 2a, 2b представлены диаграммы направленности соответственно в E и H плоскостях. На рис. 3 представлена зависимость относительного коэффициента усиления G/G0 от линейного смещения Dx конвертора, установленного в держателе модуля Multi LNB и угла отклонения максимума главного лепестка ДН J. Расчет коэффициента усиления по результатам измерений ДН, выполненный по обычной методике, дает G = 38,1 дБ. Результаты измерений показывают, что уровень сигнала, получаемый в системе антенна TD88 — модуль Multi LNB при смещении более чем на 10 см (qmax = 60), уменьшается более чем в 2 раза. Это находится в соответствии с результатами расчетов, приведенных выше. Таким образом, исследуемую систему целесообразно использовать, когда уровень сигнала соседних спутников примерно одинаков и достаточен для приема антенной указанного размера.

TRIAX Unique Multi Reception Dish — система мультиспутникового приема

Прикрепленное изображение: monthly_01_2013/post-2-0-89336300-1357740046.gif

Антенна TRIAX-UMRD (фото 4) специально сконструирована для мультиспутникового приема. Антенна имеет сложный профиль, синтезированный из двух близких к параболическим поверхностей. Форма отражателя позволяет так сформировать фокальную линию, чтобы достичь максимального коэффициента использования поверхности зеркала каждым из установленных вдоль нее облучателей. Сохранение точного профиля отражателя обеспечивается за счет материала, из которого он изготовлен (гальванизированная сталь) и достаточно большой его толщины, что несколько утяжеляет конструкцию, но дает высокую стабильность параметров зеркала. Защиту от коррозии обеспечивает хромированное покрытие и качественная окраска. Антенна имеет азимутально-угломестную подвеску, рассчитанную на крепление к стеновой опоре с помощью двух зубчатых хомутов. Крепление позволяет использовать диаметр трубы стеновой опоры от 30 до 63 мм. На угломестном поворотном устройстве нанесена угломерная шкала с делениями в градусах, что позволяет максимально упростить процесс настройки антенны на спутник. На направляющей — держателе конверторов, проходящей по фокальной линии, — есть шкала с делениями, соответствующими линейному смещению облучателя (в сантиметрах) от крайнего левого до крайнего правого (если смотреть на зеркало) положения. Сама же направляющая, повторяя форму фокальной линии, представляет собой кривую, близкую к гиперболе. Для точной настройки положения направляющей, конструкцией предусмотрены юстировки, позволяющие смещать левый и правый края держателя конверторов. Эта подстройка требуется, если используется максимальный сектор обзора системы. Основные характеристики антенны приведены в таблице 1.

Рис 1. Качание ДН зеркальной антенны путем смещения облучателя

Прикрепленное изображение: monthly_01_2013/post-2-0-65842200-1357742166.gif

Были проведены измерения характеристик антенны по методике, изложенной в предыдущем разделе. Использовались офсетные LNB Cambridge типов: AE48 (Gals Digital, 10,75 ГГц, Kш=0,9 дБ) и AE54. Измерения проводились на частоте 11,3 ГГц. На рис. 4а, 4b представлены результаты измерений ДН в E и Н плоскостях соответственно (облучатель в центре фокальной линии). Сравнение ДН антенн TD88 иTRIAX-UMRD показывает, что ширина основного лепестка в E и H плоскостях обеих антенн примерно одинакова, а уровень первого бокового лепестка антенны TRIAX-UMRD на 15 дБ выше, чем у TD88, и составляет -27 дБ.

Рис. 2. Диаграмма направленности антенны TD88
а) Е — плоскость
б) Н — плоскость

Прикрепленное изображение: monthly_01_2013/post-2-0-18685100-1357745320.gif

Рис. 3. Зависимость относительного усиления G/G0 от линейного смещения облучателя Dx (антенна TD88 c модулем Multi LNB)

Прикрепленное изображение: monthly_01_2013/post-2-0-51616700-1357745460.gif

Рис. 4. Диаграмма направленности антенны TRIAX- Unique Multi Reception Dish (Dx = 0),
а) Е — плоскость
б) Н — плоскость

Прикрепленное изображение: monthly_01_2013/post-2-0-15725600-1357745596.gif

Рис. 5. Зависимость относительного усиления G/G0 от линейного смещения облучателя Dx и азимутального угла Y (антенна TRIAX- Unique Multi Reception Dish)

Прикрепленное изображение: monthly_01_2013/post-2-0-96658800-1357745848.gif

По результатам измерений ДН рассчитан коэффициент усиления антенны, с учетом первого бокового лепестка

G = GH/1 + GHF12 (1.1)


где GH — усиление, определяемое с учетом главного лепестка,

F1 — относительная интенсивность излучения в 1-м боковом лепестке.

Расчетное значение коэффициента усиления антенны G = 37,6 дБ.

На рис. 5 приведена экспериментальная зависимость относительного коэффициента усиления антенны G/G0 от линейного смещения облучателя вдоль фокальной линии Dx и от азимутального угла Y. Уровень паразитной кросс-поляризации системы зеркало — облучатель приемного конвертора измерялся для трех значений Dx = 23 см (центральное положение), Dx = 35 см, Dx = 46 см (правое крайнее положение). Направление вектора поляризации падающей волны менялось в диапазоне углов ±450. В пределах точности проводимых измерений, значение указанного параметра не превышало -30 дБ. При калиброванном уровне мощности излучателя -50 дБ мВт проведено сравнение уровней сигнала на выходе конвертора, антенной системы с отражателем TD88 и TRIAX-UMRD. Получено, что уровни мощности отличаются на 1-1,5 дБ. Таким образом, по эффективности исследуемая антенна TRIAX-UMRD эквивалентна антенне диаметром 0,8-0,85 м, что говорит о достаточно высоком коэффициенте использования поверхности отражателя.

Работа антенны проверена при приеме спутниковых сигналов, выбор которых обусловлен регионом тестирования (С.-Петербург). В таблице 2 приведены варианты принимаемых спутниковых позиций, максимально использующих возможности описанной системы. Сравнительно большой уровень бокового лепестка ДН создает определенные трудности при приеме сигналов соседних спутников (s = 30), если при этом оба сигнала достаточно мощные и близки по частоте. Так, при приеме сигнала со спутника Hot Bird, наблюдались две боковые точки фокусировки, симметрично расположенные относительно главного максимума ДН. Этот недостаток, впрочем, не является на наш взгляд существенным для исследуемой системы, которая позволяет осуществлять одновременный прием сигналов СТВ в угловом секторе 280! Особенно хочется отметить простоту и удобство настройки антенны даже в достаточно широком угловом секторе обзора.

Таким образом, антенна TRIAX Unique Multi Reception Dish представляет собой простое и надежное техническое решение для задачи мультиспутникового приема в Ku-диапазоне, обладает хорошими электрическими характеристиками. Настройка системы существенно проще настройки “моторной полярки” и практически мало чем отличается от настройки антенны диаметром 80-90 см на один спутник. Эта антенна, как нам кажется, может в большинстве случаев заменить приемные “моторные” и “многозеркальные” системы, если уровень сигнала в зоне приема достаточен для использования зеркала диаметром около 80 см.

Прикрепленное изображение: monthly_01_2013/post-2-0-40046200-1357746073.jpg

Прикрепленное изображение: monthly_01_2013/post-2-0-47985000-1357746181.jpg
0


Страница 1 из 1
  • Вы не можете создать новую тему
  • Вы не можете ответить в тему

1 человек читают эту тему
0 пользователей, 1 гостей, 0 скрытых пользователей

Яндекс.Метрика
Яндекс цитирования Спутниковое и эфирное ТВ, Интернет, комплексный электромонтаж, в Киеве и области Цифровое телевидение в России