Устройство и схемотехника спутникового приемного комплекта. Часть 2 - СВЧ тракт спутниковой антенны. Облучатель

Глава 1 из книги C. Л. Корякина-Черняка «Справочник по ремонту и настройке спутникового оборудования»

Продолжение

Начало читайте здесь:

Часть 1. Общая структурная схема комплекта. Отражатели антенн для спутникового телеприема

Заказать книгу можно в интернет-магазине издательства

---

1.3. СВЧ тракт спутниковой антенны

Особенности терминологии

Внимание. В литературе есть разночтения в терминологии. Основу СВЧ тракта составляет МОНОБЛОК, установленный в фокусе спутниковой антенны. Чаще всего этот МОНОБЛОК называют конвертером. На самом же деле, конвертер – это, упрощенно говоря, электросхема, входящая в состав этого МОНОБЛОКА, составляющая его часть! Пусть даже конвертер – главная часть, а остальные элементы ее обслуживают.

Дам два определения для пояснения сказанного выше.

Определение. В литературе есть разночтения в терминологии. Основу СВЧ тракта составляет МОНОБЛОК, установленный в фокусе спутниковой антенны. Чаще всего этот МОНОБЛОК называют конвертером. На самом же деле, конвертер – это, упрощенно говоря, электросхема, входящая в состав этого МОНОБЛОКА, составляющая его часть! Пусть даже конвертер – главная часть, а остальные элементы ее обслуживают.

Определение. Спутниковый конвертер (от англ. low-noise block converter, дословно малошумный конвертер-моноблок) – приемное устройство, объединяющее в себе: предусилитель сигнала LNA (Low-Noise Amplifier), принимаемого со спутника; понижающий конвертер (Downconverter), он же гетеродин (стабилизированный источник высокой частоты, вырабатывающий синусоидальный сигнал), служащий для преобразования частоты электромагнитной волны Ku- или С-диапазона в промежуточную частоту от 950 до 2150 МГц, называемую L-диапазоном, с целью передачи с наименьшими потерями по коаксиальному кабелю до потребителя.

Поэтому в книге я называю этот МОНОБЛОК принимающей головкой.

Структура СВЧ тракта

Принятый спутниковой антенной сигнал фокусируется в одну точку. Эту точку называют фокусной точкой или фокусом параболической антенны. Именно в нее и устанавливают приемник сигнала – принимающую головку.

Примечание. На сегодняшний день в спутниковом телевидении используются два диапазона: Ku (10.7–12.75 ГГц) и С (3.5–4.2 ГГц). Соответственно, имеется два основных типа приемных головок для Ku- и C-диапазона.

В зависимости от типа крепления принимающие головки делятся на три группы:

• для прямофокусных антенн – головки с прямофокусным облучателем (рис. 1.7);
• для офсетных антенн – головки с офсетным облучателем (рис. 1.8);
• фланцевые головки, к которым присоединяется отдельный облучатель под любой тип антенн (рис. 1.9).

Рис. 1.7.	Внешний вид принимающей головки C-диапазона с прямофокусным облучателем

а)

б) 

Рис. 1.8.

Внешний вид принимающей головки: а – Ku-диапазона с интегрированным офсетным облучателем; б – C-диапазона с офсетным облучателем

В приемном тракте между приемной антенной и кабелем снижения существуют три основных звена, объединенных в принимающую головку (рис. 1.10): облучатель; поляризатор; конвертер. В ряде случаев в эту цепочку включается деполяризатор. Рассмотрим их последовательно.

а)  

б) 

Рис. 1.9.

Фланцевая принимающая головка: а – Ku-диапазона; б – C-диапазона

а)
б)
Рис. 1.10.	Приемный тракт антенны спутникового телевидения: а – структурная схема; б – внешний вид

Примечание. Конвертеры ранее выпускались как отдельно (заканчивается прямоугольным фланцем), так и со встроенным поляризатором (заканчивается круглым фланцем). Но сейчас эти устройства монтируются с конвертером в единую конструкцию (заканчивается облучателем) и размещаются в фокусе антенны. В этом случае получается принимающая головка.

Комбинированный вариант, как правило, встречается с офсетным облучателем. Это связано с тем, что подобные конструкции ориентированы на использование в индивидуальных системах с небольшими офсетными антеннами.

1.4. Облучатель

Устройство и принцип действия

Определение. Облучатель – слабонаправленная антенна, которая установлена в фокусе параболического отражателя, призванная передать принятую антенной энергию по волноводу к конвертеру.

Облучатель устанавливается до конвертера для более полного использования поверхности зеркала и реализации максимального коэффициента усиления антенны (рис. 1.11). Пример упрощенного облучателя С-диапазона приведен на рис. 1.12.

		
Рис. 1.11.	Принцип действия облучателя	Рис. 1.12.	Упрощенное представление облучателя С-диапазона

Рассмотрим принцип действия облучателя. Отраженный параболической антенной сигнал идет на облучатель. В его конструкции предусмотрены три металлических кольца для лучшей фокусировки электромагнитных волн и обеспечения более узкой диаграммы направленности антенны.

Облучателями параболических антенн служат слабонаправленные антенны:

• рупоры;
• щелевые антенны;
• спирали;
• диэлектрические антенны и др.

К облучателю предъявляются определенные требования:

• диаграмма направленности должна быть симметричной относительно оси и без боковых лепестков;
• облучатель не должен сильно затенять параболическую антенну, так как это приводит к искажению ее диаграммы направленности и к снижению коэффициента использования поверхности параболоида вращения.

Наиболее простыми являются облучатели в виде открытого конца волновода прямоугольного или круглого сечения (рис. 1.11).

Примечание. Волновод круглого сечения в большей степени удовлетворяет требованиям, предъявляемым к облучателям антенных систем, – диаграмма направленности симметрична относительно оси, в отличие от пирамидального (прямоугольного).

Примечание. Разница между приемными головками «для офсета» и «для прямофокуса» кроется в облучателе. Для офсетной антенны он имеет, как правило, форму ступенчатого рупора (рис. 1.13), а для «прямофокуса», чаще встречается т. н. «блин с кольцами» (см. выше рис. 1.7).

Рис. 1.13.	Облучатель конвертера Ku-диапазона

Существуют головки, принимающие оба диапазона (рис. 1.14). Благодаря оригинальной конструкции совмещенного облучателя C- и Ku-диапазонов появляется возможность установки двух конвертеров С-диапазона (3.4–4.2 ГГц) и двух конвертеров Ku-диапазона.

		
Рис. 1.14.	Облучатель, совмещенный С- и Ku-диапазонов с ортогональными разделителями поляризации	Рис. 1.15.	Конусообразное окончание облучателя Ku-диапазона в совмещенном конвертере

Обратите внимание на оригинальное исполнение узла совмещенного приема C- и Ku-диапазонов (рис. 1.15.). Кроме типового волновода С-диапазона производитель установил внутрь данного конвертера полую трубку, заканчивающуюся конусообразным окончанием.

Примечание. Главная особенность данного конуса – усиленное преломление сигналов Ku-диапазона. Благодаря такому инженерному решению улучшается качество приема сигналов Ku-диапазона.

Подобное решение также встречается и в других типах приемных конвертеров (рис. 1.16).

Рис. 1.16.	Конусообразное окончание облучателя Ku-диапазона* * – фотография опубликована с разрешения г-на Eddie Huang, президента компании «Fullway Communications Ltd.»

В зависимости от типа антенн принимающие головки делятся на три группы:

• для прямофокусных антенн – конвертеры с интегрированным прямофокусным облучателем;
• для офсетных антенн – конвертеры с интегрированным офсетным облучателем;
• фланцевые конвертеры, к которым присоединяется отдельный облучатель под любой тип антенн).

Соотношение фокусного расстояния к диаметру антенны

Важен не только тип антенны – офсетная или прямофокусная, но и такой параметр, как соотношение фокусного расстояния к диаметру антенны (F/D):

• у офсетных антенн параметр F/D составляет 0.6–0.8, для них выпускаются два типа облучателей с соотношением F/D 0.6–0.7 и 0.7–0.8;
• у прямофокусных антенн параметр F/D составляет 0.3–0.5, для них выпускаются облучатели, подстраиваемые под конкретное соотношение F/D.

Разница между конвертерами «для офсета» и «для прямофокуса» кроется в облучателе. Для офсетной антенны он имеет, как правило, форму ступенчатого рупора (рис. 1.17), а для «прямофокуса», чаще встречается т. н. «блин с кольцами» (рис. 1.18). Могут быть совмещенные облучатели для двух диапазонов (рис. 1.19). Последний предоставляет возможность установки двух конвертеров С-диапазона (3.4–4.2 ГГц) и двух конвертеров Ku-диапазона. Производятся компанией LANS.

 		 		
Рис. 1.17.	Облучатель для офсетной антенны: диапазон частот 3.4–4.2 ГГц, F/D=0.6–0.8	Рис. 1.18.	Облучатель для прямофокусной антенны: диапазон частот 3.4–4.2 ГГц, F/D=0.3–0.42 с деполярицазионной пластиной	Рис. 1.19.	Облучатель совмещенный С- и Ku-диапазонов с разделителями ортогональных поляризаций

Для понимания влияния значений F/D на геометрические размеры приемной антенны необходимо дать следующие расчеты:

• при размере рефлектора антенны 100 см;
• при F/D=1 фокусное расстояние также будет равно 100 см!

Также необходимо учитывать, что максимальное качество приема можно достичь лишь при совпадении фокуса антенны и угла раскрытия облучателя. При несовпадении типов спутниковой антенны и конвертера возможно ухудшение приема сигнала вплоть до полного прекращения (рис. 1.20).

Рис. 1.20.	Влияние отношения F/D на геометрические параметры облучателя

Примечание. Это накладывает определенные требования на монтаж и эксплуатацию всей конструкции в целом. Следовательно, при уменьшении значения F/D фокусное расстояние также уменьшается.

---

Из книги C. Л. Корякина-Черняка «Справочник по ремонту и настройке спутникового оборудования»

Продолжение читайте здесь