Как выбрать спутниковую антенну, тарелку
Содержание статьи
-
Антенны прямофокусные (круглые) и офсетные (эллиптические).
-
Диаграмма направленности (ДН) спутниковой антенны.
-
Коэффициент направленного действия (КНД).
-
Коэффициент усиления (КУ) антенны.
-
Коэффициент полезного действия антенны (КПД).
-
Эффективная площадь антенны А .
-
Шумовая температура антенны.
-
Как выбрать антенну по размеру.
-
Как выбрать антенну по типу.
-
Как выбрать антенну по конструкции, материалу и качеству штамповки.
-
Как выбрать антенну по типу подвески.
-
Как выбрать антенну по фокусному расстоянию.
-
Влияние на диаграмму направленности формы зеркала спутниковой антенны.
-
Как выбрать антенну (тарелку) для Российских спутниковых операторов.
-
Рекомендуемые размеры тарелок в зависимости от мощности облучения.
Перед выбором спутниковой антенны (тарелки), надо получить представление о том, как она работает. В принципе работы тарелки нет ничего сложного. Сама антенна, тарелка в нашем понимании, представляет собой, отражатель электромагнитных волн, по типу обычного зеркала, которые она фокусирует на конверторе, жестко закреплённом на тарелке. Конвертер, принятый со спутника сигнал, преобразует в первую промежуточную частоту и по кабелю передаёт его ресиверу. Комплект, состоящий из отражателя, конвертора, и является самой приёмной антенной.
Антенны по своей конструкции делятся на два основных типа - прямофокусные (круглые) и офсетные (эллиптические).
Спутниковые сигналы вещаются, в основном, в диапазонах Ku (~11 ГГц) и реже в С(~4 ГГц), то есть сигналы имеют длину волны 27 и 75 мм соответственно.
Все российские операторы спутникового телевидения: НТВ плюс, Триколор ТВ, Телекарта, МТС и др. работают в Ku (~11 ГГц) диапазоне!
Антенны по своей конструкции делятся на два основных типа - прямофокусные (круглые) и офсетные (эллиптические).
Спутниковые сигналы вещаются, в основном, в диапазонах Ku (~11 ГГц) и реже в С(~4 ГГц), то есть сигналы имеют длину волны 27 и 75 мм соответственно.
Все российские операторы спутникового телевидения: НТВ плюс, Триколор ТВ, Телекарта, МТС и др. работают в Ku (~11 ГГц) диапазоне!
Параметры спутниковых антенн
Вид диаграммы направленности спутниковой антенны в плоской системе координат
Диаграмма направленности (ДН) спутниковой антенны имеет основной, рабочий лепесток и побочные, паразитные лепестки.
Направленность спутниковой антенны обычно определяется напряженностью поля главного лепестка в направлении приёма. Ширина диаграммы направленности главного лепестка измеряется углом раствора диаграммы. Угол раствора 2θ0,5 диаграммы определяется углом между направлениями, где
напряженность поля в √2 раз меньше по сравнению с
напряженностью поля в середине главного лепестка.
Мощность, соответственно, уменьшается вдвое. Иногда
под шириной 2θ0 подразумевают угол между направлениями по бокам главного лепестка, где напряженность поля равна нулю.Для сравнения направленных антенн служит параметр – коэффициент направленного действия (КНД), который служит для характеристики способности антенны направлять энергию электромагнитного излучения в узком луче.
Коэффициент направленного действия (КНД) - отношение квадрата напряженности поля, которое создаёт антенна в данном конкретном направлении, к среднему значению квадрата напряженности поля, которое создаёт ненаправленная антенна по всем направлениям.
Для обозначения КНД используют латинскую букву D (от англ. Directivity), он выражается в децибелах (дБ, дБи, дБд).
КНД имеет прямую связь с диаграммой направленности антенны (ДН), точнее, опреляется её формой.
Различают КНД и коэффициент усиления (КУ) антенны. КНД целиком и полностью определяет форма ДН антенны, а коэффициент полезного действия (КПД) антенны при этом не учитывается, то есть не учитывается потеря энергии в фидере, элементах конструкции антенны и на близко расположенных объектах в зоне действия антенны.
Коэффициент усиления антенны определяется как произведение КНД на ее КПД.
Коэффициент направленного действия D определяется формулой:
D = PΣO/PΣ, |
где PΣO — мощность излучения
ненаправленной антенны; PΣ — мощность излучения
направленной антенны.
Коэффициент полезного действия антенны (КПД).
Это отношение мощности, излучаемой в эфир к мощности, подводимой к антенне.
КПД антенны всегда меньше единицы из - за различных потерь.
Шумовая температура антенны. Шумы повышают порог срабатывания цифровых устройств от полезного сигнала. Сами антенны не шумят, шумы создает поверхность земли, сооружения на ней, эфир, дальний и ближний космос. Очевидно, что при заданных размерах антенны, шумы будут меньше у антенн с узкой диаграммой направленности и небольшими боковыми лепестками.
В приемных и передающих антеннах используется одинаковый принцип действия, т.к. практически в любых линейных системах коэффициенты преобразования полей взаимны. Однако технические и эксплутационные особенности приемных и передающих антенн могут значительно отличаться из-за различия в предъявляемых к ним требований (предельной мощности, полосы частот, шумов и т. п.).
Выбор спутниковой антенны
Как выбрать антенну по размеру. При выборе антенны, очень важным параметром является её размер. Размер непосредственно связан с коэффициентом усиления тарелки, чем больше размер, тем выше коэффициент усиления. Если размер тарелки меньше допустимого для приёма необходимого транспондера, то на экране телевизора появится надпись "нет сигнала", если имеем пороговый уровень сигнала, то изображение будет рассыпаться на квадратики, то же самое будет происходить при неточной настройки тарелки на спутник и при экранировании спутникового сигнала посторонними предметами.
Для разных мощностей спутниковых сигналов необходимы разные диаметры тарелок: 53dbW — 0.6м, 48dbW — 0.8м, 45dbW — 1.0м, 40dbW — 1.5м.
Обычно установщики знают, на какой размер тарелки можно "поймать" нужный спутник, как самому определить нужный размер тарелки расскажем в конце статьи.
Для разных мощностей спутниковых сигналов необходимы разные диаметры тарелок: 53dbW — 0.6м, 48dbW — 0.8м, 45dbW — 1.0м, 40dbW — 1.5м.
Обычно установщики знают, на какой размер тарелки можно "поймать" нужный спутник, как самому определить нужный размер тарелки расскажем в конце статьи.
Как выбрать антенну по типу. Далее нужно определиться с типом антенны: прямофокусная (круглая) или офсетная (эллиптическая)?
До размера 1.6м, для бытовых нужд в Ku (~11 ГГц) диапазоне, используются, в основном, офсетные антенны, почему?
До размера 1.6м, для бытовых нужд в Ku (~11 ГГц) диапазоне, используются, в основном, офсетные антенны, почему?
Облучение спутниковым сигналом прямофокусной антенны
Из рисунка следует , что конвертор и арматура его крепления создают радиотень на тарелке,это уменьшает эффективность приёма сигнала. Кроме того во время осадков в тарелке скапливается вода, особенно при большом угле места, ближе к экватору, а также снег, что тоже уменьшает эффективность приёма спутникового сигнала.
Уже у спутниковых антенн размером от 1.5 м радиотень от конвертора и его крепежа составляет относительно малую часть от площади зеркала, чтобы принимать её в расчёт. Круглая прямофокусная антенна более равномерно фокусирует радиоволны на облучателе конвертора. Кроме этого для круглой антенны легче рассчитать и согласовать с антенной облучатель конвертора, благодаря чему эффективно используется вся поверхность антенны. У офсетной же тарелки примерно до 10% площади не используется из-за её формы, особенно у тарелок большого размера.
В силу этих причин антенны размером более 1.5м изготавливаются, в основном, как прямофокусные и предназначаются для профессионального приёма.
Уже у спутниковых антенн размером от 1.5 м радиотень от конвертора и его крепежа составляет относительно малую часть от площади зеркала, чтобы принимать её в расчёт. Круглая прямофокусная антенна более равномерно фокусирует радиоволны на облучателе конвертора. Кроме этого для круглой антенны легче рассчитать и согласовать с антенной облучатель конвертора, благодаря чему эффективно используется вся поверхность антенны. У офсетной же тарелки примерно до 10% площади не используется из-за её формы, особенно у тарелок большого размера.
В силу этих причин антенны размером более 1.5м изготавливаются, в основном, как прямофокусные и предназначаются для профессионального приёма.
Облучение спутниковым сигналом офсетной антенны
Офсетная антенна — со смещенным фокусом, имеет форму эллипса, вытянутого по вертикали. Конвертор крепится на специальном кронштейне, из- за смещённого фокуса антенны, конвертор и узел его крепления не попадают в зону облучения. Эффективность приёма такой антенны выше, чем у прямофокусной. Плоскость таких антенн расположена практически перпендикулярно плоскости земли и осадки на её поверхности не скапливаются. Конструкция крепления офсетной антенны проще, чем у круглой и стоимость её ниже. Выбираем офсетную антенну!
Как выбрать антенну по конструкции, материалу и качеству штамповки. Антенны различаются по конструкции — сплошные (цельноштампованные), сетчатые и сборные (секционные). Предпочтительнее сплошные антенны, так как они обеспечивают лучшее качество приема. Сетчатые тарелки, например Ланс, имеют пониженную парусность, но эффективность их приёма ниже, чем у сплошных. Некоторые считают, что сами дырки в сетке уменьшают эффективность антенны, что через них «утекает» сигнал. На самом деле дырки тут ни причем. Дело в том, что сетка мягкая и в промежутках между элементами жесткости тарелки она натягивается, стремясь принять плоскую форму, в результате чего поверхность сетчатой тарелки является не параболоидом, а состоит из плоских сегментов, образующие поверхность, приближенную к параболоиду. Параболоид антенны считается ровным, если средние размеры неровностей на поверхности тарелки не превышают одной четверти длины волны. В диапазоне Ku длина составляет 2.5 см, при этом допустимое отклонение поверхности от параболоида составит, примерно, 6мм. В диапазоне С длина волны составляет 7.5 см, и размеры неровностей поэтому могут достигать 19 мм.
В силу этого в С- диапазоне для облегчения веса антенны делают сетчатыми, а для уменьшения габаритов при транспортировке их делают из лепестков, т.к. антенны С- диапазона имеют размер, обычно, более 1.6м.
Материал, из которого изготавливается зеркало антенн, тоже может быть разным: пластик, из- за плохого качества антенн, вследствии коробления на солнце, практически не используется, сталь - материал прочный, поэтому обеспечивает хорошее качество зеркала, но тарелки получаются тяжелыми и подвержены коррозии, алюминий - материал легкий, но мягкий, подвержен деформации и не ржавеет.
Качество штамповки, напрямую связано с коэффициентом усиления антенны. Качество легко проверить, положив антенну на толстое стекло, при хорошем качестве тарелка по всей окружности будет плотно прилегать к стеклу. Особенно плохо на коэффициенте усиления антенны сказывается её коробление "винтом".
Материал, из которого изготавливается зеркало антенн, тоже может быть разным: пластик, из- за плохого качества антенн, вследствии коробления на солнце, практически не используется, сталь - материал прочный, поэтому обеспечивает хорошее качество зеркала, но тарелки получаются тяжелыми и подвержены коррозии, алюминий - материал легкий, но мягкий, подвержен деформации и не ржавеет.
Качество штамповки, напрямую связано с коэффициентом усиления антенны. Качество легко проверить, положив антенну на толстое стекло, при хорошем качестве тарелка по всей окружности будет плотно прилегать к стеклу. Особенно плохо на коэффициенте усиления антенны сказывается её коробление "винтом".
Как выбрать антенну по типу подвески. Различают антенны с азимутальной и полярной подвесками. С азимутальной подвеской антенна настраивается на спутник и жестко закрепляется на кронштейне. Полярная — вращающаяся специальным актуатором подвеска. С помощью полярного подвеса можно настроиться на все "видимые" в данных географических координатах спутники.
Полярная подвеска выполнена таким образом, что, поворачиваясь вокруг вертикальной оси (т.е. изменяя азимут настройки на спутники), антенна ещё отслеживает и угол места, то есть как бы описывает дугу, на которой расположены спутники.
Для бытовых антенн полярные подвесы сейчас не актуальны, их заменили мотоподвесы, на них вешают обычные антенны с азимутальным подвесом.
Полярная подвеска выполнена таким образом, что, поворачиваясь вокруг вертикальной оси (т.е. изменяя азимут настройки на спутники), антенна ещё отслеживает и угол места, то есть как бы описывает дугу, на которой расположены спутники.
Для бытовых антенн полярные подвесы сейчас не актуальны, их заменили мотоподвесы, на них вешают обычные антенны с азимутальным подвесом.
Как выбрать антенну по фокусному расстоянию. Антенны бывают короткофокусные и длиннофокусные. Кроме диаметра, определяющего коэффициент усиления антенны, существует еще один важный параметр, это соотношение f/d (f — фокусное расстояние, d — диаметр антенны).
Учет этого параметра очень важен, так как напрямую связан с углом облучения тарелок и, соответственно, эффективностью приёма. Глубоко не вникая в дебри СВЧ волноводов и облучателей, просто скажем, что для эффективного приёма спутникового сигнала угол облучения антенны должен совпадать с углом раскрыва облучателя конвертора. В С - диапазоне это условие выполнить легко, в С -band конверторах облучатель-дефлектор съёмный и его можно настроить по максимуму сигнала. В Ku- band диапазоне конвертора, в основном, монолитные и угол облучения не всегда совпадает с углом раскрыва.
По информации с форума Альяно f/d=0,5 соответствует углу раскрыва = 90 градусам, f/d=0,7 соответствует углу раскрыва 72 градуса. Для антенн Супрал 1,1м и 0,55 м f/d=0,7; другие Супралы, как правило, имеют f/d=0,5, для конвертора LNBF Invacom f/d=0,6.
Считается, что длиннофокусная офсетная антенна эффективней, чем короткофокусная, т.е. Супрал 1,1 м с f/d=0,7 лучше, чем этот же Супрал, но с f/d=0,5.
У офсетных антенн наблюдается большой уровень кросс-поляризационных потерь, которые можно уменьшить, применяя длиннофокусные антенны. Коэффициент использования площади раскрыва у длиннофокусной антенны выше, чем у короткофокусной и соответственно коэффициент усиления больше!
Для прямофокусных антенн, при приёме в одной поляризации, оптимальное соотношение f/d =0.45-0.5; при приёме в двух поляризациях, оптимальное соотношение f/d = 0.6., причем, чем больше диаметр облучателя, тем больше должно быть соотношение f/d.
В дополнение скажем, что практически все импортные бытовые офсетные антенны длиннофокусные, а применять надо конверторы и антенны желательно одной фирмы, например, Golden Interstar, они лучше согласованы между собой.
Спутниковые тарелки Супрал 1.1,1.2,1.4 м обладают повышенной механической прочностью и не вибрируют на сильном ветру, при установке импортных тарелок от 1.1-1.4м нужно применять специальные меры защиты от вибраций.
Применение длиннофокусных и короткофокусных антенн определяется их назначеним, что хотят от них получить: узкий главный лепесток или маленькие боковые, паразитные лепестки.
Учет этого параметра очень важен, так как напрямую связан с углом облучения тарелок и, соответственно, эффективностью приёма. Глубоко не вникая в дебри СВЧ волноводов и облучателей, просто скажем, что для эффективного приёма спутникового сигнала угол облучения антенны должен совпадать с углом раскрыва облучателя конвертора. В С - диапазоне это условие выполнить легко, в С -band конверторах облучатель-дефлектор съёмный и его можно настроить по максимуму сигнала. В Ku- band диапазоне конвертора, в основном, монолитные и угол облучения не всегда совпадает с углом раскрыва.
По информации с форума Альяно f/d=0,5 соответствует углу раскрыва = 90 градусам, f/d=0,7 соответствует углу раскрыва 72 градуса. Для антенн Супрал 1,1м и 0,55 м f/d=0,7; другие Супралы, как правило, имеют f/d=0,5, для конвертора LNBF Invacom f/d=0,6.
Считается, что длиннофокусная офсетная антенна эффективней, чем короткофокусная, т.е. Супрал 1,1 м с f/d=0,7 лучше, чем этот же Супрал, но с f/d=0,5.
У офсетных антенн наблюдается большой уровень кросс-поляризационных потерь, которые можно уменьшить, применяя длиннофокусные антенны. Коэффициент использования площади раскрыва у длиннофокусной антенны выше, чем у короткофокусной и соответственно коэффициент усиления больше!
Для прямофокусных антенн, при приёме в одной поляризации, оптимальное соотношение f/d =0.45-0.5; при приёме в двух поляризациях, оптимальное соотношение f/d = 0.6., причем, чем больше диаметр облучателя, тем больше должно быть соотношение f/d.
В дополнение скажем, что практически все импортные бытовые офсетные антенны длиннофокусные, а применять надо конверторы и антенны желательно одной фирмы, например, Golden Interstar, они лучше согласованы между собой.
Спутниковые тарелки Супрал 1.1,1.2,1.4 м обладают повышенной механической прочностью и не вибрируют на сильном ветру, при установке импортных тарелок от 1.1-1.4м нужно применять специальные меры защиты от вибраций.
Применение длиннофокусных и короткофокусных антенн определяется их назначеним, что хотят от них получить: узкий главный лепесток или маленькие боковые, паразитные лепестки.
Влияние на диаграмму направленности формы зеркала спутниковой антенны
Зеркала различной
глубины: 1— мелкое
(длиннофокусное); 2— среднее по
глубине(среднефокусное);
3 - глубокое (короткофокусное)
Диаграмму направленности параболической антенны
полностью определяет распределение поля в её раскрыве, а также
соотношение между длиной волны и радиусом раскрыва зеркала.
При определённом значении раскрыва зеркала антенны главный лепесток диаграммы направленности будет наиболее узким, если распределение амплитуды поля в раскрыве зеркала будет равномерным, однако в этом случае и боковые лепестки будут большими. Если амплитуда поля уменьшается от центра к краям зеркала, то главный лепесток диаграммы направленности становится шире, а уровни боковых лепестков уменьшаются.
Для уменьшения уровня боковых лепестков зеркало антенны облучают таким образом, чтобы амплитуда поля уменьшалась при перемещении от центра раскрыва к его краям, но при этом уменьшается и коэффициент использования поверхности раскрыва. На практике ищется компромиссное решение рационального облучения зеркала.
Если от пароболической антенны стремятся получить наибольший коэффициент усиления, то зеркало облучают таким образом, чтобы амплитуда поля на его краях была на 10дБ ниже, чем в центре раскрыва.
Если хотят уменьшить боковые лепестки и тем самым снизить шумовую температуру антенны, то зеркало облучают таким образом, чтобы амплитуда поля на его краях была на 15 — 20 дБ ниже, чем в центре раскрыва.
За счёт выбора облучателя, размера параболоида и величины фокусного расстояния, получают требуемую диаграмму направленности спутниковой антенны. Диаграммы направленности у антенн различной глубины зеркала также различны, т.к. они имеют различное распределение амплитуд поля в раскрыве зеркал. Менее глубокие зеркала облучаются более равномерно, поэтому главный лепесток у них получается более узким, а боковые лепестки увеличенные. Получить заданное амплитудное распределение в раскрыве антенны можно различными способами:
При определённом значении раскрыва зеркала антенны главный лепесток диаграммы направленности будет наиболее узким, если распределение амплитуды поля в раскрыве зеркала будет равномерным, однако в этом случае и боковые лепестки будут большими. Если амплитуда поля уменьшается от центра к краям зеркала, то главный лепесток диаграммы направленности становится шире, а уровни боковых лепестков уменьшаются.
Для уменьшения уровня боковых лепестков зеркало антенны облучают таким образом, чтобы амплитуда поля уменьшалась при перемещении от центра раскрыва к его краям, но при этом уменьшается и коэффициент использования поверхности раскрыва. На практике ищется компромиссное решение рационального облучения зеркала.
Если от пароболической антенны стремятся получить наибольший коэффициент усиления, то зеркало облучают таким образом, чтобы амплитуда поля на его краях была на 10дБ ниже, чем в центре раскрыва.
Если хотят уменьшить боковые лепестки и тем самым снизить шумовую температуру антенны, то зеркало облучают таким образом, чтобы амплитуда поля на его краях была на 15 — 20 дБ ниже, чем в центре раскрыва.
За счёт выбора облучателя, размера параболоида и величины фокусного расстояния, получают требуемую диаграмму направленности спутниковой антенны. Диаграммы направленности у антенн различной глубины зеркала также различны, т.к. они имеют различное распределение амплитуд поля в раскрыве зеркал. Менее глубокие зеркала облучаются более равномерно, поэтому главный лепесток у них получается более узким, а боковые лепестки увеличенные. Получить заданное амплитудное распределение в раскрыве антенны можно различными способами:
- Выбором облучателя.
- Использованием двухзеркальных антенн.
- Формой зеркала, и его модификациями.
В заключении даём совет, как самому подобрать размер тарелки. Разумнее всего взглянуть на карту покрытия нужного спутника и определить по мощности облучения, какой минимальный диаметр антенны потребуется.
Например, на сайтах http://www.flysat.com или http://www.lyngsat.com.
Например, на сайтах http://www.flysat.com или http://www.lyngsat.com.
Как выбрать антенну (тарелку) для Российских спутниковых операторов
Основываясь на приведённой выше информации при рассмотрении зон облучения спутников, можно выбрать размер спутниковой тарелки для просмотра телеканалов каждого из Российских спутниковых операторов. Зоны облучения и мощность распределения спутникового сигнала в зонах облучения можно посмотреть на страницах сайта:
Транспондеры и зона облучения Триколор ТВ >>
Транспондеры и зона облучения НТВ Плюс >>
Транспондеры и зона облучения Континент ТВ (Телекарта) >>
Транспондеры и зона облучения Триколор ТВ >>
Транспондеры и зона облучения НТВ Плюс >>
Транспондеры и зона облучения Континент ТВ (Телекарта) >>
Рекомендуемые размеры тарелок в зависимости от мощности облучения
