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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Antenas parabólicas para STV. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Antenas de televisão Tendo se interessado em receber STV, os radioamadores, em regra, adquirem um conjunto de equipamentos prontos para isso. Geralmente inclui uma antena parabólica (PA) de pequeno diâmetro (0,9 ... 1,2 m). Um dos primeiros passos na atualização do sistema é adquirir uma antena de maior diâmetro. Mas antenas de grande diâmetro são muito caras, então muitas pessoas tentam fazer PA em casa. Na literatura radioamadora, foram publicados artigos sobre a fabricação de PA, por exemplo [1], mas não levaram em consideração alguns fatores. O fato é que, ao projetar antenas, é necessário levar em consideração os parâmetros da alimentação, que faz parte do conversor. Este artigo tem como objetivo sistematizar dados sobre o desenho de AP e aplicá-los às condições existentes. Existem muitos tipos de antenas de microondas - parabólicas, phased arrays, baseadas em lentes Fresnel, etc. No que diz respeito às condições caseiras, recomenda-se o PA, pela simplicidade de sua fabricação. Existem duas versões do PA: - colando na matriz; - solda de fio de cobre e malha (as chamadas antenas de malha). Cada antena tem suas próprias vantagens e desvantagens. As vantagens do primeiro incluem a facilidade de controle da forma durante a fabricação, o segundo - menos peso e vento. Antes de tudo, você precisa determinar qual irradiador está disponível para o radioamador. Voltemos à Fig. 1 e determinemos quais parâmetros caracterizam a antena. Em primeiro lugar, este é o seu diâmetro d (como regra, eles são fornecidos no início do cálculo). A distância mais curta do foco da antena (a alimentação do conversor está localizada no foco, ou o segundo espelho no caso de um sistema de dois refletores) até o refletor da antena é chamada de distância focal f. A profundidade do espelho h é a maior distância do plano de abertura do refletor S até o próprio refletor da antena. O ângulo de abertura Ф é o ângulo no qual o plano de abertura do espelho da antena S é visível a partir de seu foco F. Além disso, eles estão relacionados pelas seguintes relações.
A relação f/d determina os parâmetros do seu iluminador. Normalmente f/d está na faixa de 0,3 ... 0,5. Quanto maior essa relação, menor he menor o consumo de materiais para a fabricação de PA (com alguma perda de ganho Ku). Se você tem um iluminador f/d=0,3 e quer manter seus custos baixos, então compre um iluminador f/d=0,5, ou um iluminador f/d variável é melhor.
Primeiro, de acordo com a fórmula (2), a dependência de y em x (tomando valores de 0 a d/2) é calculada e uma tabela é compilada. Os valores resultantes são transferidos para o papel milimetrado e uma parábola é construída. Em seguida, é colada em uma chapa de aço de 5 mm de espessura e cortada ao longo da linha da parábola. Assim, uma faca é obtida (é necessário observar rigorosamente sua forma, pois o resultado final e a qualidade do PA dependem em grande parte disso). Em seguida, de acordo com a Fig. 2, deve-se selecionar a haste 2 e o rolamento 1 de dimensões adequadas (3 - faca). Neste caso, a faca é encurtada em metade do diâmetro da haste 2 e soldada a ela coaxialmente. De acordo com a Fig. 3, uma estrutura é feita de uma barra de aço com um diâmetro de 8 ... 10 mm (soldagem). Neste caso, as nervuras 2 são aproximadamente curvadas ao longo da faca. Um rolamento é soldado na parte superior do quadro. O quadro é instalado em uma área plana, enquanto sob o mancal 1 (Fig. 3) é necessário instalar verticalmente um tubo 4 com diâmetro interno maior que o diâmetro do mancal 1. Todo o espaço sob o quadro é preenchido com pedra britada ou tijolos quebrados. Tendo instalado uma arruela 4 (Fig. 2) no rolamento com um diâmetro ligeiramente maior que o diâmetro do rolamento e uma altura igual à espessura do futuro PA (por exemplo, para um PA com diâmetro de 2 m, a espessura é 25 mm), uma faca é inserida no rolamento. A argamassa de concreto de cimento-areia é amassada até obter uma consistência espessa, aplicada na estrutura e nivelada com uma faca. A matriz resultante é seca por 3...5 dias. No terceiro dia (em tempo seco), as rachaduras resultantes são esfregadas com alabastro e limpas com lixa, controlando a qualidade da superfície com uma faca. Deve-se notar que, se você planeja usar a matriz repetidamente, coloque duas ou três camadas de material de cobertura entre ela e o solo para que ela não desmorone com a umidade. Além disso, não aconselho usar a recomendação de [2] para fazer uma matriz de argila, porque este material, quando seco, dá muitas rachaduras, e a matriz resultante é de curta duração. Em seguida, prossiga para colar a antena. Existem muitas maneiras de realizar esse processo. Aqui estão algumas dicas. Em primeiro lugar, se você estiver colando uma antena de grande diâmetro, lembre-se das três desvantagens inerentes a ela - peso pesado, resistência ao vento e baixa resistência. Para simplificar a fabricação, divida a antena (exatamente) em 6 ... 8 setores (ao mesmo tempo, leve em consideração a forma de sua conexão, fixação). Nesse caso, a matriz também pode ser feita na forma de um setor, mas ainda é preferível fazê-la completamente, porque. será possível colar antenas offset nele. Para maior resistência, aumente a espessura do refletor e reforce-o com nervuras radiais de arame de aço. Como material para colagem de PA, geralmente levam fibra de vidro cortada em tiras e cola epóxi. Você pode usar a técnica descrita em [1], simplificando-a um pouco. Primeiro, uma mistura de liberação é aplicada à matriz lavada com sabão, que é usada como óleo automotivo (o melhor resultado é obtido se a matriz for esfregada com uma camada uniforme de mástique de parquet antes disso). Um tubo é inserido firmemente na arruela 4 (Fig. 2), na qual outra arruela de duralumínio é colocada frouxamente, cuja altura é igual à espessura do refletor. Em seguida, é aplicada uma camada de resina (sem danificar a mistura desmoldante) e são aplicados pedaços de fibra de vidro, alisando-os e removendo bolhas de ar. Claro, é desejável usar fibra de vidro metalizada, mas você também pode usar o comum, devido à inacessibilidade do primeiro. No futuro (após a fabricação), é necessário colar sobre o refletor com pedaços de papel alumínio recortados de forma setorial. Ainda assim, a primeira opção, com fibra de vidro reforçada, é preferível devido à melhor qualidade da superfície. Outra opção para formar uma superfície condutora é aplicar tintas PA na superfície refletora, que incluem bases metálicas em pó (prata, etc.). Tendo trazido a espessura do refletor para as dimensões necessárias, as porcas são moldadas para sua fixação. Também é possível soldar a armação à qual o refletor é fixado aos reforços radiais com os quais o refletor é fixado. O refletor também pode ser aparafusado através de orifícios perfurados no PA depois de seco. Antenas de pequeno diâmetro podem ser feitas de papel machê (a ideia foi sugerida por R.K. Gaydinov). Os jornais são tomados como um enchimento. Eles são embebidos em água e passados por um moedor de carne. A pasta de papel de parede é adicionada à massa resultante como um aglutinante. A mistura resultante é aplicada à matriz (tendo previamente aplicado uma mistura separadora) e nivelada com uma espátula, formando a superfície desejada. Após a secagem, a antena é removida e coberta com uma camada condutora e várias camadas de tinta nitro para proteger o PA da precipitação atmosférica. Em vez de jornais, pode-se utilizar tecido como descrito em [2], formando PA como no caso da fibra de vidro, utilizando pasta de papel de parede como material de ligação. A segunda versão do PA (malha) é descrita em [3]. Um modelo é feito para ele (Fig. 4), cujos parâmetros são calculados pela fórmula (2). Parábolas radiais feitas de fio de cobre grosso são dobradas ao longo dela. A espessura do fio é selecionada com base no diâmetro da antena. Por exemplo, para uma antena com um diâmetro de 1,5 m, é tomado um fio com um diâmetro de 4 ... 5 mm. Também é necessário fazer cintos circulares. O diâmetro das cordas muda em incrementos de 10...30 cm Os locais para soldar as cordas às parábolas radiais são calculados pela fórmula (1). Depois que a moldura é feita, ela é coberta com uma malha de cobre de malha fina, que é soldada a ela. Deve-se notar que quanto maior o diâmetro do PA, mais espesso é o fio do qual é feito e mais difícil é soldá-lo (ao usar um fio com diâmetro superior a 7 mm, a soldagem por contato é desejável ).
O próximo passo é a fabricação de um dispositivo de giro (OPU). Todas as OPUs são divididas em dois tipos: elevação de azimute e polar. O primeiro tipo é mais fácil de fabricar, pois utiliza apenas dois eixos de ajuste (ambos são usados na reconfiguração de satélite para satélite). O primeiro eixo é azimute, e seu ângulo é calculado pela fórmula
onde φ é a longitude do local receptor em graus, Fsz é a localização de IC3 em órbita em graus, w é a latitude do local receptor em graus. Se você direcionar a antena para o sul, para sintonizar um determinado satélite em azimute, será necessário subtrair 180 ° de A. Se o ângulo for positivo, a antena é deslocada pelo valor desse ângulo para oeste; se negativo - para o leste. O ângulo de elevação do eixo de elevação 2 (Fig. 5) é calculado pela fórmula
O design da suspensão é arbitrário. Suas dimensões dependem do diâmetro da antena. Por exemplo, para uma antena com diâmetro de 1,2 m, a OPU é feita de acordo com a Fig. 6.
O tipo especificado de OPA é usado principalmente com fotodetectores offset e fotodetectores de foco direto de pequeno diâmetro. Como as antenas de grande formato são mais pesadas, é inconveniente realinhá-las em torno de dois eixos. Portanto, outro tipo de OPU é usado para eles - polar (Fig. 7). Possui quatro eixos de rotação - A (1), UM (2), polar (3) e corretivo (4). Para orientar a antena, é necessário que o plano ao qual pertencem o eixo polar e o eixo refletor esteja no plano do eixo de azimute 1 e na direção ao sul, marcado ao meio-dia verdadeiro. Para determinar a direção, um pequeno pino é enfiado no chão e a cada 20 ... 30 minutos a posição da sombra projetada pelo pino é notada. A distância mais curta da extremidade do pino cravado no solo até a linha atravessada pela sombra da extremidade do pino é a direção para o sul.
Em seguida, defina o ângulo do eixo PA (2) igual à latitude do local de recepção em graus. Defina o ângulo para o eixo de correção (4)
Então o eixo polar (3) é girado em um ângulo
onde f é a longitude do local de recepção; Fiss - localização do satélite no GSO (se EL então (Piss>0, se oeste, então Fiss<0). Como você pode ver, no caso de uma suspensão polar, apenas o eixo polar é usado para mudar de satélite para satélite (o que deu o nome a este tipo de OPU). Portanto, o reajuste da antena é simplificado. A faixa de sintonia fica dentro de ±40° em relação à direção sul. Mas para facilidade de uso, eles pagam com a complicação do mecanismo OPU. A Figura 8 mostra uma das muitas variantes do OPA polar.
As dimensões são indicadas para um PA com diâmetro de 2 M. Uma flange 1 é soldada ao tubo 2. Uma flange 3 é colocada em cima, que gira livremente em torno de seu eixo. As flanges têm orifícios 4 para a sua fixação mútua. Dois tubos 5 com um diâmetro de 40 mm e um comprimento de 60 cm são soldados ao flange superior. Um tubo de 6 80 cm de comprimento é fixado a esses tubos com dois parafusos. Dois tubos 6 com um diâmetro de 7 mm e um comprimento de 40 cm são soldados ao tubo 25. Um trapézio 7 é fixado aos tubos 8 por meio de parafusos 12 (o trapézio é feito de tubos com um diâmetro de 25 ... 32 mm). Um refletor de antena é fixado ao trapézio por meio dos suportes 9, 10 (muito fortes), enquanto um pino com pontas rosqueadas é inserido no tubo inferior do trapézio e o suporte 10 é fixado ao tubo superior do trapézio por meio de parafusos 11, que ajustam o ângulo de correcção. A elevação e os eixos polares são ajustados usando cordões (não mostrados na figura para simplificar). É importante dispô-los de forma que sejam acessíveis e não interfiram no acesso ao conversor, que possui um irradiador retrorrefletivo. Não aconselho a adaptação de todo tipo de posicionadores, atuadores e outros meios de ajuste remoto, cuja utilização se justifica apenas nos casos em que são utilizados PAs de pequeno formato. Na fabricação do PA é necessário garantir a folga mínima de todas as juntas, pois a turbulência da antena no vento tem um efeito ruim na recepção e também leva à rápida destruição do OPA. Para montar o conversor na antena, conforme Fig. 9, são feitos três furos no refletor. O anel 1 é feito de duralumínio com diâmetro interno igual ao diâmetro do gargalo do conversor. O anel pode consistir em duas partes conectadas por parafusos. Três furos 3 são perfurados no anel e rosqueados neles. Três hastes 2 são feitas de duralumínio (tubos). Seu tamanho é selecionado de modo que o anel 1 fique a 2 ... 3 cm do ponto de foco F. As roscas são cortadas nas extremidades das hastes e aparafusadas no anel 1 e, em seguida, eles são fixados ao refletor 4 .
O ganho da antena recebida é calculado pela fórmula
onde Q - fator de utilização de superfície (KPI), para a maioria dos tipos de irradiadores Q = 0,4 ... 0,7 (geralmente 0,6); L é o comprimento da onda recebida. A tabela resume os dados das antenas Ku de três diâmetros nas faixas mais utilizadas (Q=0,6). Como podemos ver, quanto maior a frequência, maior o Ku da antena. Mas na situação atual (os satélites têm potência irradiada efetiva aproximadamente igual) com atenuação de sinal diferente no caminho satélite-terra (em frequências mais altas, a atenuação é maior), o sinal resultante na entrada do receptor em diferentes bandas é aproximadamente o mesmo. Outro fato interessante é que nos catálogos de muitas empresas que negociam em PA, obviamente há Ku superestimado. Você mesmo pode verificar calculando o KU usando a fórmula acima. Tabela 1
A tabela também mostra que em baixas frequências, o uso de PA é impraticável devido ao menor Ku em comparação com arranjos faseados de antenas. Vou te dar algumas dicas. 1. Quanto maior o diâmetro do PA, mais estreito é o seu padrão de radiação, por isso é aconselhável instalar uma antena de pequeno diâmetro ao lado de uma antena grande e sintonizá-la em um satélite que tenha o nível de sinal máximo em sua área. Então, percebendo a direção aproximada do satélite, aponte a antena grande na mesma direção. Após receber o sinal, corrija a posição do irradiador no foco da antena para a melhor recepção de imagem dos canais fracos. É possível simplificar ainda mais a reconfiguração da antena grande fixando a pequena em sua borda de forma que os eixos de rotação do PA 1, 2 (Fig. 10) fiquem paralelos. É necessário introduzir parafusos corretivos no esquema de montagem de uma pequena antena para pré-definir o paralelismo dos eixos da antena. Tendo recebido o sinal com uma pequena antena, eles mudam para uma grande.
Para o ajuste fino de um satélite (mesmo com um sinal muito pequeno), é muito conveniente usar detectores especiais, cujos circuitos foram publicados na literatura de rádio amador. Você também pode usar um analisador de espectro para esta finalidade (na faixa de 1 a 2 GHz), aplicando um sinal do conversor através de um capacitor de isolamento. Neste caso, não se esqueça de aplicar uma tensão de alimentação de +14 V ao conversor. 2. É necessário aterrar cuidadosamente a antena e o conversor para evitar falhas do equipamento durante uma tempestade (a julgar pelas estatísticas, isso acontece com bastante frequência). Para isso, enrole no conector que liga o cabo ao conversor, 2 ... 3 voltas de fio com diâmetro de 1,5 ... 2 mm e aterre-o. O mesmo fio é usado para aterrar (separadamente e em paralelo a um circuito) a superfície metálica da antena e da OPU. 3. Não esqueça que quanto maior o diâmetro da antena, maior sua resistência ao vento, por isso é necessário prever medidas para proteger a antena e a OPU das cargas do vento. Use aço laminado de alta qualidade para a fabricação de OPU. Por exemplo, se um PA de um metro de comprimento requer um tubo transportador com um diâmetro de 32 ... 40 mm, então para um de dois metros - 120 ... 150 mm. Se possível, instale a antena de forma que fique protegida na parte de trás por uma parede. Se possível, evite montar a antena em altura. Em conclusão, quero observar que este artigo descreve apenas uma pequena parte dos sistemas de antenas. Agradeço pessoalmente a V.V. Orlov e S.A. Kozlov por sua ajuda na fabricação de estruturas metálicas, cujos desenhos são fornecidos neste artigo. Literatura
Autor: V. Fedorov, pág. Leo Tolstoi, região de Lipetsk; Publicação: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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