Виды спутниковых антенн

Самыми распространёнными спутниковыми антеннами являются параболические антенны (под ними обычно и подразумевается в обиходе термин “спутниковая антенна”), которые имеют различные типы и размеры.

Прямофокусная (осесимметричная) антенна

Прямофокусная (осесимметричная) антенна является антенной с апертурой в виде параболоида вращения. Диаметр антенны определяет ее усиление и соответственно стабильность приема спутниковых сигналов. В зависимости от используемого геостационарного спутника, диаметры приемных антенн могут быть от 0,9 м до 3,7 м. В фокусе параболического зеркала установлены облучатели. Обычно такие антенны используются для приёма сигналов в C-диапазоне и в Ku-диапазоне.

Параболические антенны используются и для передачи сигналов на спутники. К облучателям спутниковых антенн присоединяют малошумящие усилители (МШУ) с низкими уровнями шумов и конверторы, что позволяет усиливать высокочастотные сигналы непосредственно после облучателей и конвертировать их в сигналы промежуточной частоты. Сигналы промежуточной частоты передаются уже по кабелям, соединенными с конвертерами для дальнейшего усиления и детектирования.

Офсетная антенна

Офсетная антенна — это наиболее распространенная в индивидуальном приеме спутникового телевидения, хотя в настоящее время используются и другие принципы построения наземных спутниковых антенн. Офсетная антенна представляет собой несимметричную вырезку из параболоида вращения с облучателем в фокусе параболоида. Фокус такого сегмента расположен ниже геометрического центра антенны. Это устраняет затенение полезной площади антенны облучателем и его опорами, что повышает ее коэффициент полезного использования при одинаковой площади зеркала с осесимметричной антенной. К тому же, облучатель установлен ниже центра тяжести антенны, тем самым увеличивая ее устойчивость при ветровых нагрузках.

Зеркало офсетной антенны крепится почти вертикально. В зависимости от географической широты угол ее наклона немного меняется. Такое положение исключает собирание в чаше антенны атмосферных осадков, которые сильно влияют на качество приема. На просвет антенна представляет не круг а эллипс, вытянутый по вертикали. Размеры офсетной антенны обычно приводят в эквиваленте усиления по отношению к прямофокусным. Если по горизонтали данный размер совпадает, то по вертикали он будет, примерно, на 10 % больше.

Обычно офсетные антенны используются для приёма сигнала С и Ku-диапазона (в линейной и круговой поляризации). Однако, возможен и приём сигнала в Ка-диапазоне, а также комбинированный.

Тороидальная антенна

Технология построения и производства тороидальных антенн позволяет принимать до 16 спутников одновременно в пределах 55 градусов, при этом каждый конвертер будет находиться непосредственно в фокусе спутника, на который он направлен. Уверенный прием обеспечивается применением при построении антенны тороидальной формулы приема спутникового сигнала, которая реализуется применением двух рефлекторов (зеркал). Таким образом, сигнал от главного рефлектора отражается в дополнительный и далее непосредственно в облучатель конвертера.

Наличие двух зеркал и скрупулезный подход при проектировании отражающих поверхностей являются главными преимуществами тороидальной антенны над обычной офсетной. Используя эти преимущества, пользователь способен построить мультисистему без применения поворотных устройств. Тем самым, избавляясь от таких недостатков поворотной системы как: медленное переключение между каналами, траслируемыми с разных спутников, что связано с переориентацией антенны, а также воздействие природных являний на работоспособность привода (замерзание механизмов зимой, выход из строя из-за ветровой нагрузки на антенну и т.д.).

Тороидальная антенна объединила в себе возможность единоразовой жесткой установки, как в обычной азимутной схеме, не требующей применения ни актуатора, ни позиционера, так и множественную установку на антенне до 16 конвертеров. Тем самым, скорость переключения каналов с разных спутников равна скорости переключения каналов с одного спутника. Если у вас возникает желание просматривать каналы с нового спутника, то для его приема всего лишь необходимо разместить дополнительный конвертер на крепежной штанге антенны.

Плоские антенны

Плоские антенны сейчас уже не являются экзотикой, хотя и широко распространенными и используемыми их тоже назвать нельзя. Каждый любитель (о профессионалах и речи нет) спутникового телевидения наверняка хоть раз видел плоскую антенну – если не “живьем”, то хотя бы на картинке.

Но, вероятно, далеко не каждый видевший более или менее четко представляет, что к чему в этой плоской антенне относится и за счет чего, собственно говоря, осуществляется прием сигналов.

Что касается сферических антенн, то вполне вероятно будет предположить, что одно даже название – “сферические антенны для спутникового телевидения” – способно вызвать у читателей недоумение. Ну что ж, давайте кратко обо всем по порядку.

Плоская спутниковая антенна фирмы “TechniSat”.

В западной спутниковой прессе вопрос освещается примерно следующим образом и вот в таком ключе: “Понятно, что параболические антенны – прямофокусные и офсетные – очень тривиальны и всем уже давно набили оскомину. Они громоздки – если не физически, то уж визуально точно; в них набирается снег и дождь (в основном это касается прямофокусных), и вообще они начинают морально устаревать.”

Плоские спутниковые антенны фирмы “Galaxis”.

Под влиянием подобных сентенций поневоле создастся впечатление, что именно эти причины и плюс еще одна, самая главная – недовольство домовладельцев внешним видом своих домов, увешанных тарелками антенн, – побуждают инженеров всех стран ломать головы над наилучшим техническим воплощением идеи плоской спутниковой антенны. При этом еще следует учесть, что и в размерах плоская антенна ничуть не уступает параболическим, – например, антенна размером 60х60 см соответствует по своим параметрам приема офсетной антенне диаметром 60 см.

К основным достоинствам плоских антенн прежде всего следует отнести:

высокую технологичность изготовления, а значит и высокую воспроизодимость параметров;
снижение ветровых нагрузок примерно на 10-20% по сравнению с зеркальными антеннами;
возможность электрического управления диаграммой направленности;
простота перевозки, хранения и установки.

Плоские антенны созданы на основе полосковых излучателей, соединенных параллельно и образуюших таким образом плоскую антенную решетку, способную принимать электромагнитные сигналы. Характерные размеры полосковых излучателей кратны длине волны принимаемого сигнала, все эти маленькие элементы синфазно соединены с собирательными шинами, сведенными к центру антенны, где находится конвертор. Сигналы могут приниматься, грубо говоря, со всех возможных направлений, или, другими словами, плоские антенны обладают большим углом раскрыва и широкой диаграммой направленности со значительными боковыми лепестками. Таким образом, коэффициент направленного действия таких антенн несколько ниже, чем у зеркальных антенн соответствующей площади.

Сферическая спутниковая антенна фирмы “Конкур”

Скажем сразу, не интригуя читателя долго, что эти сферические антенны представляют собой элементарную линзу. Да, центрально симметричную линзу (ЛЦС) из диэлектрика, фокусирующую сигнал со спутника, как и водится, на конвертор, расположенный в точке на концентрической с ЛЦС фокальной плоскости. Здесь уместно провести – для большей наглядности – аналогию с человеческим (да и не только с человеческим) глазом, создающим на сетчатке изображение объектов, попадающих в поле зрения. А поле зрения человека довольно-таки широко, ведь мы видим не только то, что находится прямо перед нами. Так, угол зрения одного глаза по горизонтали равен 940, а по вертикали – 770.

И особенность сферических антенн, их отличие от зеркальных или плоских состоит именно в том, что они многоспутниковые, т.е. на одну такую антенну сразу, одновременно, можно принимать сигналы разных спутников, находящихся в разных точках геостационарной орбиты и даже на различных орбитах – помимо геостационарных еще и на наклонных, высокоэллиптических. И заметьте – никаких позиционеров и актюаторов! Только, конечно, надо не забыть поставить все-таки конверторы для каждого выбранного спутника в соответствующую позицию на “орбите” антенны-сферы. Именно “орбите”, потому что эта антенна – с арматурой крепления и установленными конверторами – выглядит как какая-нибудь планета, Сатурн, например, с кольцами, или Земля все с теми же “нашими баранами” – я имею в виду, конечно же, спутники…

Одна сферическая антенна диаметром от одного до полутора метров способна заменить семь-восемь параболических антенн соответствующих размеров, охватывая по азимуту сектор до 90-125 градусов и по углу места 40-60 градусов.

Мультифокусная спутниковая антенна

Спутниковая мультифокусная антенна от испанского производителя Telesystem предназначенная для приема нескольких спутников в сегменте до 40* градусов. “Мультифокусная” антенна является альтернативой поворотной приемной системе – она надежнее, проще в настройке, работает со всеми ресиверами и кроме того переключение каналов с разных спутников происходит моментально. Примером установки данной антенны может быть прием сигнала с пяти спутников:

Как выбрать спутниковую антенну

Спутниковая “тарелка” в сознании “широких слоев населения” по праву олицетворяет всю спутниковую приемную систему. Конечно, на самом деле любая телевизионная спутниковая система состоит из многих частей, хотя антенна совершенно объективно является чуть ли не самой важной ее деталью. И уж по крайней мере, трудно не согласиться, что антенна — самый большой и заметный элемент приемной системы.

Прежде чем говорить о том, как выбрать спутниковую антенну, необходимо определить: для работы в составе какой приемной спутниковой системы она предназначается. То есть, выбирая спутниковую антенну (как впрочем и другие компоненты приемной системы), вам, для начала, нужно ответить себе на несколько вопросов:

В зоне покрытия каких спутников вы проживаете, то есть какие спутники вы в принципе можете принимать?
Какие каналы вас интересуют и какой, исходя из этого, спутник вы хотите смотреть?
Имеется ли возможность расположить антенну так, чтобы местные “предметы” не закрывали направление на спутник?
Хотите ли вы смотреть один или несколько спутников?
Каковы финансовые средства, которые вы хотите вложить в это “предприятие”?

Спутниковая антенна (само зеркало) предназначена для фокусировки на облучатель конвертора параллельного пучка радиоволн, излучаемых спутником. Антенна представляет собой часть параболоида вращения, так как именно такая форма обеспечивает прекрасную фокусировку параллельного пучка излучения.

Телевизионные сигналы передаются со спутников, в диапазонах Ku (~11 ГГц) и С(~4 ГГц), то есть принимаемые сигналы имеют длину волны 27 и 75 мм соответственно. Именно поэтому любое препятствие (плотная облачность, снег, дождь) на пути между вашей антенной и спутником будет ослаблять сигнал и может вообще исключить (если это препятствие — деревья, здания и т. д.) возможность приема программ спутникового телевидения.

Прямофокусная антенна (prime focus). Видимое направление на спутник совпадает с перпендикуляром к плоскости раскрыва антенны

В принципе, если вы еще не забыли, что такое синус, и можете отыскать на географической карте место, где вы находитесь, определить видимое направление на спутник (азимут и угол места) (рис. 1) можно, воспользовавшись формулой 1.

Теперь осталось только взять компас и убедиться, что в этом направлении нет закрывающих спутник препятствий (деревьев, соседних домов или, например, заводской трубы).

a = arctg ( ( tg[G1-G2] ) / sin[W] )

( cos[G1-G2] * cos[W]-0.1509 )

sqrt ( sin(G1-G2) + cos(G1-G2) * sin(W) )

Где:

a — азимут;
b — угол места;
G1 — ваша географическая долгота;
G2 — долгота расположения интересующего вас спутника на орбите (западная с минусом);
W — ваша географическая широта.

Например: для Astra [19,2° E (восточная долгота)] G2=19.2°, а для Intelsat 601 [27,5° W (западная долгота)] G2= -27.5°.

При этом надо учесть, что зачастую не все каналы со спутника идут одинаково хорошо. Кроме этого, необходимо выбирать размер антенны с некоторым запасом, чтобы слабое ухудшение сигнала, вызванное, например, атмосферными явлениями, не приводило к сильному ухудшению телевизионной “картинки”. Поэтому самый безопасный метод — обратиться в фирму, занимающуюся установкой спутниковых систем в вашем городе, и уточнить, насколько хорошо принимаются в вашем регионе интересующие вас каналы и какой диаметр антенны для этого необходим.

Формы спутниковых антенн

Антенны по форме бывают прямофокусные (prime focus) и офсетные (off-set — внецентровая).

Прямофокусные представляют собой “классическую” круглую “тарелку”. Конвертор крепится в центре при помощи нескольких (обычно двух или трех) спиц. При этом конвертор и крепежные спицы затеняют часть отражающей поверхности зеркала, что приводит, естественно, к уменьшению коэффициента использования поверхности антенны. Однако, с ростом диаметра, этот эффект становится все менее значительным. Зимой на зеркало легко намерзают лед и снег, которые очень сильно ухудшают прием. Офсетные (рис. 3) антенны можно очень легко отличить, так как их фокус (место, где размещают конвертор) смещен от центра зеркала вниз. Именно из-за смещенного фокуса при настройке необходимо учитывать, что направление на спутник у офсетных антенн выше перпендикуляра к плоскости антенны на некоторый угол. Для большинства конструкций “офсеток” этот угол составляет ~25-27°. Поэтому офсетные антенны крепятся почти вертикально, на них не налипает снег и не скапливается вода, конвертор и элементы крепления не затеняют антенну.

В силу этих особенностей офсетные антенны очень популярны при диаметре зеркала до ~1.5 м. При больших диаметрах предпочтение отдают прямофокусным антеннам.

Типы подвески спутниковых антенн

Кроме размера и формы зеркала, очень важным параметром является тип подвески антенны. Подвеска бывает азимутальной и полярной. Азимутальная — как правило, фиксированная подвеска, антенна при этом настраивается на единственный спутник и жестко фиксируется на кронштейне крепления. Для приема другого спутника должна быть проведена полная перенастройка антенны. Простая и дешевая подвеска.

Полярная — значительно более сложная по конструкции и настройке (см. Т/С №12, 1997 г., стр.42) подвеска и, соответственно, более дорогая. Обеспечивает возможность приема нескольких спутников, находящихся в разных орбитальных позициях, вращением антенны только вокруг одной вертикальной оси.

Чаще всего офсетные антенны имеют фиксированную азимутальную подвеску, а прямофокусные — полярную. Кроме этого, даже если вы хотите принимать несколько спутников, для которых достаточно антенны размером 1.2 м, в полярную систему лучше поставить 1.8 м или хотя бы 1.5 м. Некоторый запас не помешает. В последнее время все чаще появляются офсетные антенны с полярным подвесом и размером до 1.6 м. К сожалению, “нормальных” западных образцов не так много. Российские умельцы научились присоединять “нормальные” офсетные антенны с азимутальным подвесом к самодельным полярным подвесам, но финансовый выигрыш при этом незначительный, хотя для приема 2-3-х хорошо видных спутников это, как нам кажется, и неплохое решение.

Материал спутниковых антенн

Наиболее популярным материалом для изготовления спутниковых антенн является алюминий, он легче стали и не подвержен коррозии, но он мягок, и при неаккуратном обращении (это особенно касается зеркал большого диаметра >1.2 м) алюминиевые антенны легко деформируются, что весьма пагубно влияет на их характеристики.

При покупке антенны обязательно обратите внимание на наличие дефектов и искажений поверхности антенны. Мятые зеркала и те, которые “повело” винтом, работают значительно хуже нормальных.

Стальные антенны прочнее, дешевле (правда, ненамного), но тяжелее и подвержены коррозии, которая снижает их отражающие свойства. Поэтому при покупке стального зеркала стоит обратить внимание на качество окраски.

Пластиковые зеркала легкие, но к ним легко прилипает снег. С течением времени такие антенны подвержены сильным деформациям под действием окружающей среды (резкие перепады температур, ультрафиолет).

Сетчатые антенны устойчивы к ветровым нагрузкам и часто незаменимы при монтаже на большой высоте и в ветреных районах. К тому же они значительно меньше портят “пейзаж”, особенно в исторических районах. К сожалению, они показывают более низкие характеристики при приеме сигналов Ku (самого на сегодняшний день популярного) диапазона, и, следовательно, для этого требуется антенна большего диаметра, чем сплошное зеркало, обеспечивающее прием такого же качества. Так как в России сетчатые антенны не производятся, то стоят они обычно дороже своих сплошных “коллег”.

Как установить спутниковую антенну правильно

При покупке антенны необходимо обратить особое внимание на надежность элементов подвески и кронштейна, на который она будет смонтирована, а также на крепеж. Это особенно важно, если антенна будет установлена на высоком или ветреном месте. Кронштейн обычно закрепляют при помощи специальных саморасклинивающихся болтов. Стоит обратить внимание на размер кронштейна: его конструкция должна позволять вам направить антенну в нужном направлении (и при этом не упереться в стену краем зеркала), особенно это важно для полярных систем, настроенных на прием нескольких различных спутников.