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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Parabolantennen für STV. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Fernsehantennen Funkamateure, die sich für den Empfang von STV interessieren, erwerben in der Regel eine fertige Ausrüstung dafür. Es enthält normalerweise eine Parabolantenne (PA) mit kleinem Durchmesser (0,9 ... 1,2 m). Einer der ersten Schritte zur Aufrüstung des Systems ist der Kauf einer Antenne mit größerem Durchmesser. Aber Antennen mit großem Durchmesser sind sehr teuer, so dass viele Leute versuchen, PA zu Hause zu machen. In der Laienliteratur wurden beispielsweise Artikel zur Herstellung von PA veröffentlicht [1], die jedoch einige Faktoren nicht berücksichtigten. Tatsache ist, dass beim Entwurf von Antennen die Parameter des Feeds berücksichtigt werden müssen, der Teil des Konverters ist. Dieser Artikel zielt darauf ab, Daten zum Design von PA zu systematisieren und auf die bestehenden Bedingungen anzuwenden. Es gibt viele Arten von Mikrowellenantennen - Parabolantennen, Phased Arrays, basierend auf Fresnel-Linsen usw. Im Hinblick auf hausgemachte Bedingungen wird PA aufgrund der einfachen Herstellung empfohlen. Es gibt zwei Versionen des PA: - durch Aufkleben der Matrize; - Löten aus Kupferdraht und Mesh (die sogenannten Mesh-Antennen). Jede Antenne hat ihre eigenen Vor- und Nachteile. Die Vorteile der ersten umfassen die einfache Kontrolle der Form während der Herstellung, die zweiten - weniger Gewicht und Luftwiderstand. Zunächst muss festgestellt werden, welcher Strahler dem Funkamateur zur Verfügung steht. Wenden wir uns Abb. 1 zu und bestimmen, welche Parameter die Antenne charakterisieren. Zum einen ist dies sein Durchmesser d (in der Regel werden sie zu Beginn der Berechnung angegeben). Der kürzeste Abstand vom Antennenfokus (im Fokus befindet sich die Konverterspeisung bzw. bei einem Zwei-Reflektor-System der zweite Spiegel) zum Antennenreflektor wird als Brennweite f bezeichnet. Die Spiegeltiefe h ist der größte Abstand von der Reflektoröffnungsebene S zum Antennenreflektor selbst. Der Öffnungswinkel Ф ist der Winkel, unter dem die Öffnungsebene des Antennenspiegels S von seinem Brennpunkt F aus sichtbar ist. Darüber hinaus sind sie durch die folgenden Beziehungen miteinander verbunden.
Das f/d-Verhältnis bestimmt die Parameter Ihrer Beleuchtung. Normalerweise liegt f / d im Bereich von 0,3 ... 0,5. Je größer dieses Verhältnis ist, desto kleiner ist h und desto geringer ist der Materialverbrauch für die Herstellung von PA (mit einem gewissen Gewinnverlust Ku). Wenn Sie eine f/d=0,3-Beleuchtung haben und Ihre Kosten niedrig halten möchten, dann kaufen Sie am besten eine f/d=0,5-Beleuchtung oder eine variable f/d-Beleuchtung.
Zuerst wird gemäß Formel (2) die Abhängigkeit von y von x (mit Werten von 0 bis d / 2) berechnet und eine Tabelle erstellt. Die resultierenden Werte werden auf Millimeterpapier übertragen und eine Parabel wird erstellt. Dann wird es auf ein 5 mm dickes Stahlblech geklebt und entlang der Parabellinie geschnitten. Auf diese Weise wird ein Messer erhalten (es ist notwendig, seine Form genau zu beachten, da das Endergebnis und die Qualität des PA in hohem Maße davon abhängen). Dann sollten Sie gemäß Abb. 2 die Stange 2 und das Lager 1 mit geeigneten Abmessungen (3 - Messer) auswählen. In diesem Fall wird das Messer um den halben Durchmesser des Stabes 2 gekürzt und mit diesem koaxial verschweißt. Gemäß Abb. 3 wird ein Rahmen aus einer Stahlstange mit einem Durchmesser von 8 ... 10 mm hergestellt (Schweißen). In diesem Fall sind die Rippen 2 ungefähr entlang des Messers gekrümmt. Ein Lager ist in die Oberseite des Rahmens eingeschweißt. Der Rahmen wird auf einer ebenen Fläche installiert, während unter dem Lager 1 (Abb. 3) ein Rohr 4 mit einem Innendurchmesser, der größer als der Durchmesser des Lagers 1 ist, vertikal installiert werden muss. Der gesamte Raum unter dem Rahmen ist ausgefüllt Schotter oder Ziegelbruch. Nachdem eine Unterlegscheibe 4 (Abb. 2) auf dem Lager mit einem etwas größeren Durchmesser als dem Lagerdurchmesser und einer Höhe installiert wurde, die der Dicke des zukünftigen PA entspricht (z. B. bei einem PA mit einem Durchmesser von 2 m, beträgt die Dicke 25 mm), wird ein Messer in das Lager eingeführt. Der Zement-Sand-Betonmörtel wird zu einer dicken Konsistenz geknetet, auf den Rahmen aufgetragen und mit einem Messer eingeebnet. Die resultierende Matrix wird 3...5 Tage getrocknet. Am dritten Tag (bei trockenem Wetter) werden die entstandenen Risse mit Alabaster gerieben und mit Sandpapier gereinigt, wobei die Qualität der Oberfläche mit einem Messer kontrolliert wird. Es sollte beachtet werden, dass Sie, wenn Sie die Matrix wiederholt verwenden möchten, zwei oder drei Schichten Dachmaterial zwischen sie und den Boden legen, damit sie nicht vor Feuchtigkeit zusammenbrechen. Außerdem rate ich davon ab, die Empfehlung aus [2] zur Herstellung einer Tonmatrix zu verwenden, da Dieses Material gibt beim Trocknen viele Risse und die resultierende Matrix ist kurzlebig. Als nächstes fahren Sie mit dem Kleben der Antenne fort. Es gibt viele Möglichkeiten, diesen Prozess durchzuführen. Hier sind einige Tipps. Erstens, wenn Sie eine Antenne mit großem Durchmesser kleben, denken Sie an die drei damit verbundenen Nachteile - hohes Gewicht, Windwiderstand und geringe Festigkeit. Um die Herstellung zu vereinfachen, teilen Sie die Antenne (genau) in 6 ... 8 Sektoren (berücksichtigen Sie gleichzeitig die Form ihrer Verbindung, Befestigung). In diesem Fall kann die Matrix auch in Form eines Sektors hergestellt werden, aber es ist immer noch vorzuziehen, sie vollständig zu machen, weil. Es ist möglich, versetzte Antennen darauf zu kleben. Erhöhen Sie zur Festigkeit die Dicke des Reflektors und verstärken Sie ihn mit radialen Stahldrahtrippen. Als Material zum Kleben von PA nehmen sie normalerweise in Streifen geschnittene Glasfaser und Epoxidkleber. Sie können die in [1] beschriebene Technik etwas vereinfachend verwenden. Auf die mit Seife gewaschene Matrix wird zunächst eine Trennmischung aufgetragen, die als Autoöl verwendet wird (das beste Ergebnis wird erzielt, wenn die Matrix vorher mit einer gleichmäßigen Schicht Parkettkitt eingerieben wird). In die Unterlegscheibe 4 (Abb. 2) ist ein Rohr fest eingesetzt, auf das eine weitere Unterlegscheibe aus Duraluminium lose aufgelegt ist, deren Höhe gleich der Dicke des Reflektors ist. Als nächstes wird eine Harzschicht aufgetragen (ohne die Trennmischung zu beschädigen) und Glasfaserstücke werden aufgetragen, um sie zu glätten und Luftblasen zu entfernen. Natürlich ist es wünschenswert, metallisiertes Fiberglas zu verwenden, aber Sie können aufgrund der Unzugänglichkeit des ersten auch normales verwenden. In Zukunft (nach der Fertigung) ist es notwendig, den Reflektor mit sektorartig ausgeschnittenen Alufolienstücken zu überkleben. Dennoch ist die erste Variante mit Glasfaserverstärkung wegen der besseren Oberflächenqualität vorzuziehen. Eine weitere Möglichkeit zur Bildung einer leitfähigen Oberfläche besteht darin, PA-Farben auf die reflektierende Oberfläche aufzubringen, die Metallpulverbasen (Silber usw.) umfassen. Nachdem die Dicke des Reflektors auf die erforderlichen Abmessungen gebracht wurde, werden Muttern für seine Befestigung geformt. Es ist auch möglich, den Rahmen, an dem der Reflektor befestigt ist, mit den radialen Versteifungen zu verschweißen, mit denen der Reflektor befestigt ist. Der Reflektor kann auch nach dem Trocknen durch Bohrungen im PA verschraubt werden. Antennen mit kleinem Durchmesser können aus Pappmaché hergestellt werden (die Idee wurde von R. K. Gaydinov vorgeschlagen). Zeitungen werden als Füllmaterial genommen. Sie werden in Wasser eingeweicht und durch einen Fleischwolf geführt. Der entstandenen Masse wird Tapetenkleister als Bindemittel zugesetzt. Die resultierende Mischung wird auf die Matrix aufgetragen (nachdem zuvor eine Trennmischung darauf aufgetragen wurde) und mit einem Spatel eingeebnet, wodurch die gewünschte Oberfläche gebildet wird. Nach dem Trocknen wird die Antenne entfernt und mit einer leitfähigen Schicht und mehreren Schichten Nitrolack bedeckt, um das PA vor atmosphärischen Niederschlägen zu schützen. Anstelle von Zeitungspapier kann auch Gewebe wie in [2] beschrieben verwendet werden, wobei PA wie bei Glasfaser entsteht, wobei Tapetenkleister als Bindematerial verwendet wird. Die zweite Version von PA (Mesh) ist in [3] beschrieben. Dafür wird eine Vorlage erstellt (Abb. 4), deren Parameter nach Formel (2) berechnet werden. Daran entlang sind radiale Parabeln aus dickem Kupferdraht gebogen. Die Dicke des Drahtes wird basierend auf dem Durchmesser der Antenne ausgewählt. Beispielsweise wird für eine Antenne mit einem Durchmesser von 1,5 m ein Draht mit einem Durchmesser von 4 ... 5 mm verwendet. Es ist auch notwendig, kreisförmige Riemen herzustellen. Der Durchmesser der Sehnen ändert sich in Schritten von 10...30 cm Die Stellen zum Anlöten der Sehnen an die radialen Parabeln werden nach Formel (1) berechnet. Nachdem der Rahmen hergestellt ist, wird er mit einem feinmaschigen Kupfernetz bedeckt, das daran angelötet wird. Es ist zu beachten, dass je größer der Durchmesser des PA ist, desto dicker der Draht ist, aus dem es besteht, und desto schwieriger ist es, es zu löten (bei Verwendung eines Drahts mit einem Durchmesser von mehr als 7 mm ist Widerstandsschweißen wünschenswert). ).
Der nächste Schritt ist die Herstellung einer Drehvorrichtung (OPU). Alle OPUs sind in zwei Typen unterteilt: Azimut-Elevation und Polar. Der erste Typ ist einfacher herzustellen, da er nur zwei Einstellachsen verwendet (beide werden beim Umkonfigurieren von Satellit zu Satellit verwendet). Die erste Achse ist Azimut, und ihr Winkel wird durch die Formel berechnet
wobei φ die Länge des Empfangsorts in Grad ist, Fsz die Position von IC3 im Orbit in Grad ist, w die Breite des Empfangsorts in Grad ist. Wenn Sie die Antenne genau nach Süden ausrichten, müssen Sie 180 ° von A subtrahieren, um einen bestimmten Satelliten im Azimut abzustimmen. Ist der Winkel positiv, wird die Antenne um den Wert dieses Winkels nach Westen verschoben; wenn negativ - nach Osten. Der Elevationswinkel der Elevationsachse 2 (Fig. 5) wird nach der Formel berechnet
Die Ausführung der Aufhängung ist optional. Seine Abmessungen hängen vom Durchmesser der Antenne ab. Beispielsweise wird für eine Antenne mit einem Durchmesser von 1,2 m die OPU gemäß Fig. 6 hergestellt.
Der angegebene OPA-Typ wird hauptsächlich mit Offset-Fotodetektoren und Direktfokus-Fotodetektoren mit kleinem Durchmesser verwendet. Da großformatige Antennen schwerer sind, ist es unbequem, sie um zwei Achsen neu auszurichten. Daher wird für sie ein anderer OPU-Typ verwendet - polar (Abb. 7). Es hat vier Rotationsachsen - A (1), UM (2), Polar (3) und Korrektur (4). Zum Ausrichten der Antenne ist es erforderlich, dass die Ebene, zu der die Polachse und die Reflektorachse gehören, in der Ebene der Azimutachse 1 und der Südrichtung liegen, markiert mit wahrer Mittagszeit. Zur Bestimmung der Richtung wird ein kleiner Stift in den Boden getrieben und alle 20 ... 30 Minuten die Position des Schattenwurfs des Stifts notiert. Die kürzeste Entfernung vom Ende des in den Boden getriebenen Stifts bis zu der vom Schatten des Stiftendes durchzogenen Linie ist die Richtung nach Süden.
Als nächstes stellen Sie den Winkel der Achse PA (2) gleich dem Breitengrad des Empfangsortes in Grad ein. Winkel zur Korrekturachse einstellen (4)
Dann wird die Polachse (3) um einen Winkel gedreht
wobei f der Längengrad des Empfangsorts ist; Fiss - Standort des Satelliten im GSO (wenn EL dann (Piss>0, wenn West, dann Fiss<0). Wie Sie sehen können, wird bei einer polaren Aufhängung nur die Polarachse verwendet, um von Satellit zu Satellit zu wechseln (was diesem OPU-Typ den Namen gab). Daher wird das Nachstimmen der Antenne vereinfacht. Der Abstimmbereich liegt innerhalb von ±40° relativ zur Südrichtung. Aber für die Benutzerfreundlichkeit zahlen sie mit der Komplikation des OPU-Mechanismus. Abbildung 8 zeigt eine der vielen Varianten des polaren OPA.
Die Abmessungen sind angegeben für einen PA mit einem Durchmesser von 2 m. An das Rohr 1 ist ein Flansch 2 angeschweißt. Die Flansche haben Löcher 3 für ihre gegenseitige Fixierung. An den oberen Flansch sind zwei Rohre 4 mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Länge von 40 cm angeschweißt, an denen ein Rohr 60 mit einer Länge von 6 cm mit zwei Bolzen befestigt ist, zwei Rohre 80 mit einem Durchmesser von 6 mm und einer Länge von 7 mm 40 cm sind an das Rohr 25 geschweißt. Ein Trapez 7 ist mit Schrauben 8 an den Rohren 12 befestigt (das Trapez besteht aus Rohren mit einem Durchmesser von 25 ... 32 mm). Ein Antennenreflektor wird am Trapez mittels Halterungen 9, 10 (sehr stark) befestigt, während ein Stift mit Gewindeenden in das untere Rohr des Trapezes eingeführt wird, und die Halterung 10 am oberen Rohr des Trapezes befestigt wird mittels Schrauben 11, die den Korrekturwinkel einstellen. Die Höhen- und Polachsen werden mit Lanyards eingestellt (der Einfachheit halber in der Abbildung nicht gezeigt). Es ist wichtig, sie so anzuordnen, dass sie zugänglich sind und den Zugang zum Konverter, der über eine retroreflektierende Einspeisung verfügt, nicht behindern. Ich rate Ihnen davon ab, alle Arten von Stellungsreglern, Stellantrieben und anderen Mitteln zur Fernverstellung anzupassen, deren Verwendung nur in Fällen gerechtfertigt ist, in denen kleinformatige PAs verwendet werden. Bei der Herstellung von PA ist auf ein Mindestspiel aller Gelenke zu achten, weil Antennenturbulenzen im Wind wirken sich negativ auf den Empfang aus und führen auch zur schnellen Zerstörung des OPA. Zur Montage des Konverters an der Antenne werden gemäß Abb. 9 drei Löcher in den Reflektor gebohrt. Ring 1 besteht aus Duraluminium mit einem Innendurchmesser, der gleich dem Durchmesser des Konverterhalses ist. Der Ring kann aus zwei durch Bolzen verbundenen Teilen bestehen. In den Ring werden drei Löcher 3 gebohrt und eingeschraubt. Drei Stäbe 2 bestehen aus Duraluminium (Röhren), deren Größe so gewählt ist, dass der Ring 1 2 ... 3 cm vom Fokuspunkt F entfernt ist. An den Enden der Stäbe werden Gewinde geschnitten und in den Ring 1 eingeschraubt, und dann sie sind am Reflektor 4 befestigt.
Der Gewinn der empfangenen Antenne wird nach der Formel berechnet
wobei Q - Oberflächennutzungsfaktor (KPI), für die meisten Strahlertypen Q = 0,4 ... 0,7 (normalerweise 0,6); L ist die Länge der empfangenen Welle. Die Tabelle fasst die Daten von Ku-Antennen mit drei Durchmessern in den am häufigsten verwendeten Bereichen (Q = 0,6) zusammen. Wie wir sehen können, ist Ku der Antenne umso größer, je höher die Frequenz ist. Aber in der aktuellen Situation (Satelliten haben ungefähr gleiche effektive Strahlungsleistung) mit unterschiedlicher Signaldämpfung auf dem Satelliten-Erde-Pfad (bei höheren Frequenzen ist die Dämpfung größer), ist das resultierende Signal am Empfängereingang auf verschiedenen Bändern ungefähr gleich gleich. Eine weitere interessante Tatsache ist, dass in den Katalogen vieler Firmen, die mit PA handeln, offensichtlich überschätzte Ku stehen. Sie können es selbst überprüfen, indem Sie die KU mit der obigen Formel berechnen. Tabelle 1
Die Tabelle zeigt auch, dass bei niedrigen Frequenzen der Einsatz von PA aufgrund des geringeren Ku im Vergleich zu Phased-Array-Antennen unpraktisch ist. Ich gebe dir ein paar Tipps. 1. Je größer der Durchmesser des PA, desto schmaler sein Strahlungsmuster, daher ist es ratsam, eine Antenne mit kleinem Durchmesser neben einer großen Antenne zu installieren und sie auf einen Satelliten einzustellen, der den maximalen Signalpegel in Ihrer Nähe hat. Beachten Sie dann die ungefähre Richtung zum Satelliten und richten Sie die große Antenne in die gleiche Richtung. Korrigieren Sie nach Empfang des Signals die Position des Strahlers im Fokus der Antenne für den besten Bildempfang schwacher Kanäle. Es ist möglich, den Umbau einer großen Antenne weiter zu vereinfachen, indem man eine kleine an deren Rand so befestigt, dass die Rotationsachsen von PA 1, 2 (Abb. 10) parallel sind. Es ist notwendig, Korrekturschrauben in das Montageschema einer kleinen Antenne einzuführen, um die Parallelität der Antennenachsen voreinzustellen. Nachdem sie das Signal mit einer kleinen Antenne empfangen haben, wechseln sie zu einer großen.
Für die Feinabstimmung auf einen Satelliten (auch bei sehr kleinem Signal) ist es sehr praktisch, spezielle Detektoren zu verwenden, deren Schaltungen in der Amateurfunkliteratur veröffentlicht wurden. Sie können zu diesem Zweck auch einen Spektrumanalysator (im Bereich von 1 bis 2 GHz) verwenden, indem Sie ein Signal vom Konverter über einen Trennkondensator anlegen. Vergessen Sie in diesem Fall nicht, eine +14 V Versorgungsspannung an den Konverter anzulegen. 2. Es ist notwendig, die Antenne und den Konverter sorgfältig zu erden, um einen Ausfall der Ausrüstung während eines Gewitters zu vermeiden (nach den Statistiken zu urteilen, passiert dies ziemlich oft). Wickeln Sie dazu auf den Stecker, der das Kabel mit dem Konverter verbindet, 2 ... 3 Drahtwindungen mit einem Durchmesser von 1,5 ... 2 mm und erden Sie ihn. Derselbe Draht wird zur Erdung (separat und parallel zu einem Stromkreis) der Metalloberfläche der Antenne und der OPU verwendet. 3. Vergessen Sie nicht, dass je größer der Durchmesser der Antenne ist, desto größer ist ihr Windwiderstand. Daher müssen Maßnahmen zum Schutz der Antenne und der OPU vor Windlasten getroffen werden. Verwenden Sie für die Herstellung von OPU hochwertigen Walzstahl. Wenn zum Beispiel eine meterlange PA ein Mediumrohr mit einem Durchmesser von 32 ... 40 mm benötigt, dann für eine zwei Meter lange - 120 ... 150 mm. Montieren Sie die Antenne nach Möglichkeit so, dass sie von hinten durch eine Wand geschützt ist. Vermeiden Sie nach Möglichkeit eine Höhenmontage der Antenne. Abschließend möchte ich anmerken, dass dieser Artikel nur einen kleinen Teil der Antennensysteme beschreibt. Ich danke V. V. Orlov und S. A. Kozlov persönlich für ihre Hilfe bei der Herstellung von Metallkonstruktionen, deren Zeichnungen in diesem Artikel angegeben sind. Literatur
Autor: V. Fedorov, S. Leo Tolstoi, Region Lipezk; Veröffentlichung: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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