Расчёт зеркальной антенны

Тут обсуждаем спутниковые антенны разных размеров и производителей
Аватара пользователя
serg757
Зарегистрированный Пользователь
Зарегистрированный Пользователь
Сообщения: 131
Зарегистрирован: 16 апр 2015, 12:04
9
Благодарил (а): 6 раз
Поблагодарили: 30 раз
Контактная информация:

Расчёт зеркальной антенны

Непрочитанное сообщение serg757 »

Сама тема скорее всего окажется несколько глубже нежели написано в названии и более касается теории работы зеркальной антенны,
нежели её расчёта. Но начать я решил именно с этого вопроса.
Итак, предположим что необходимо спроектировать зеркальную антенну для уверенного приёма спутников типа HotDird и ему подобных.
Антенну планируется использовать... ну к примеру в г.Крымск, Краснодарского края.
При этом есть готовый облучатель, который планируется использовать на антенне.Вот такой:

Изображение

Соответственно известны ДН облучателя в обоих плоскостях:

Изображение

С чего начать? Определяем среднюю длину волны диапазона приёма. Думаю не для кого не секрет, что она примерно равна 26,5мм.
После этого анализируем ДН облучателя. Определяем её ширину по уровню -10дБи.
В плоскости "Н" ширина ДН составляет 68* (насколько точно можно определить из имеющегося графика). В плоскости "Е" она составляет
73*. Принимаем за основу значение 70*.
Далее нам необходимо оценить примерный размер излучающего раскрыва (апертуры) антенны для приёма с требуемого спутника. Для этого
нам необходимо либо воспользоваться длиннейшей формулой, в которую входят компоненты, в свою очередь вычисляющиеся по другим формулам...
А можно попытаться "сорвать халяву" и воспользоваться известными всем картами покрытия спутников, сопровождающимися рекомендационными данными. Типа вот такой:
http://www.satbeams.com/
Изображение
Из картинки видно что рекомендованный минимальный диаметр апертуры для уверенного приёма 13Е составляет... 800мм...(странно...
у меня неплохо и на 550 принимался, правда с минимальным запасом) но поверим сайту...
А для полной уверенности определим диаметр апертуры в значении 900 (самый ходовой диаметр... до недавнего времени).
После этого переходим к построению параболойда. Для этого предварительно оценим каков он должен быть, для того, чтобы мы смогли вырезать из него требуемую оффсетку.
Итак, диаметр параболойда составляет 1800,а угол его раскрыва - 140*. Осталось определить фокусное расстояние. Для этого
воспользуемся известной формулой:
Изображение
Получаем f= 642,9, Принимаем 643.
Переходим к построению параболойда:
Получаем вот такое зеркало.
Изображение
Теперь можно приступать к изготовлению вырезки из параболойда. Для этого необходимо решить два вопроса:
- чем резать;
- где резать.
Можно конечно разрезать и плоскостью... во всяком случае, глядя на рисунок, я так бы и сделал... Рисунок сам по себе плоский
и плоскостью его резать самый кайф... Вот вопрос только висит в воздухе - ладно я, выпендриваться не собираюсь и апертурой
выбрал для себя круглое отверстие. Ну а если кто эллипс захочет, или ромб? Как их плоскостью то порезать? Конусом? а конусом
это как, когда весь смысл в том, что фигура которой режешь и обеспечивает фактически готовую апертуру?
Поэтому режу цилиндром, диаметром 900.То есть фактически сама апертура и вырезает для себя зеркало.
Где резать? Этот вопрос посложнее будет, ибо фактически выливается в вопрос - насколько далеко выносить облучатель. Это зависит
от того, насколько он "крут"... а значит насколько велики его поперечные размеры.
У нас облучатель простой, поэтому можно использовать антенну с частично вынесенным облучателем. Это означает, что резать будем
по главной оптической оси параболойда, вот так:
Изображение
В результате получили такое вот зеркало:
Изображение
На клеточки внимания не обращайте - все рисунки представлены с разными масштабами, поэтому воспринимайте их
символично, хотя все расстояния и углы примерно соблюдены, как и сама форма параболы. Добавлю только, что в итоге высота зеркала
получилась равной 953,68, угол оффсетности - 19,95*
Ну вот зеркало готово, остаётся самое главное - установить на неё облучатель.
Аватара пользователя
serg757
Зарегистрированный Пользователь
Зарегистрированный Пользователь
Сообщения: 131
Зарегистрирован: 16 апр 2015, 12:04
9
Благодарил (а): 6 раз
Поблагодарили: 30 раз
Контактная информация:

Расчёт зеркальной антенны

Непрочитанное сообщение serg757 »

Теперь давайте внимательно посмотрим на ДН того облучателя, что имеется у нас. Обратите внимание, что каждая ДН представляет
собой фактически три ДН, снятые внизу, середине и верху диапазона частот.Разница между ними по ширине составляет 3 - 4 градуса.
Поэтому, для простоты будем считать, что в среднем ширина ДН в аккурат составляет 70* и совпадает с углом раскрыва зеркала
по вертикали. Остаётся решить вопрос о направлении оси облучателя. При этом вся ЛОГИКА подсказывает нам направить облучатель
таким образом, чтобы центр ДН его смотрел в аккурат по биссектрисе угла раскрыва, для того, чтобы полностью "засветить" зеркало.
Так и сделаем, а затем обратимся к рисунку, поясняющему это.
Изображение
А на рисунке мы видим результаты "прицеливания"... А что я, снайпер, что ли? Итак зеркало всё практически засвечено, только в
горизонтальной плоскости из-за нарушения осевой симметрии ДН "прицел" несколько сдвинулся вправо, а так можно вполне уверенно
считать что практически всё зеркало "засвечено", а значит вся энергия с облучателя распределена по его поверхности без потерь.
А так ли на самом деле? На рисунке показано распределение энергии на зеркале в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
Как видите в горизонтальной плоскости, вопреки всем предположениям (именно в горизонтале распределение должно было быть более
равномерным) распределение поля на поверхности зеркала самое неравномерное и неравномерность эта между противоположными краями
зеркала составляет аж более 8 дБ. Правда произошло это не по причине неправильной ориентации оси облучателя, а потому, что
ДН облучателя имеет некоторую осевую несимметрию. Кстати несимметрия эта проявляется по обоим плоскостях, но в плоскости "Е"
положение обстоит получше, да и несимметрия эта весьма благотворно сказывается на распределение в раскрыве, несколько компенсируя
его неравномерность. Но этой компенсации явно недостаточно, поэтому неравномерность в вертикальной плоскости так же составляет
более 3 дБ. А значение 3 дБ есть ослабление поля аж в половину. Что теперь делать? а всё очень просто, особенно в вертикальной
плоскости. Просто довернём направление оси облучателя вверх примерно на 2*. Вот что получаем в вертикальной плоскости. Точка
максимального уровня напряжённости поля поднимется вверх на некоторое расстояние и при этом значительно изменится соотношение
напряжённости поля на краях. Несложно посчитать, что теперь напряжённость поля на нижнем крае зеркала составит -10,1 дБ, а на
верхнем крае она составит -11,3 дБ. То есть неравномерность распределения поля по вертикальной оси мы уменьшили поворотом
облучателя вверх. Я бы ещё поднял бы ось облучателя так, чтобы верхний край зеркала облучался сильнее по сравнению с нижним. Дело в том, что как не выноси облучатель, его влияние на периферии сказывается и поэтому выгоднее было бы чтобы именно нижний край облучался на уровне -11,3 дБ, а верхний на уровне -10,1 дБ. Ну а как этот момент посчитать, подробно расписано мной на этом ресурсе ранее.
Итак... С вертикальной плоскостью вроде как разобрались. А как нам теперь быть с горизонтальной плоскостью? А здесь вопрос решается двояко. Если я делаю антенну для
себя и уверен, что на ней будет использоваться именно этот облучатель, то я определю среднее значение отклонения от осевой
симметрии между ДН в плоскости "Е" и ДН в плоскости "Н" и доверну ось облучателя на этот угол в горизонтальной плоскости
зеркала. Если же планируется использование различных конверторов, с различными облучателями, то можно просто оставить всё
как есть в горизонтальной плоскости и уже потом, при наличии конкретного облучателя предпринять какие-то меры, а может быть
и не придётся предпринимать никаких мер, ибо всё здесь зависит от ДН облучателя.
Вот на этом простейшем примере я постарался ещё раз показать по какому критерию на самом деле выбирается "точка прицеливания"
облучателя и почему определение угла раскрыва в горизонтальной плоскости, исходя из "направления взгляда" на зеркало из точки
фокуса просто бессмысленно, равно как и объяснение этого вопроса с точки зрения построения усечённого конуса, образующей
которого является прямая, направленная под половиной угла раскрыва в вертикальной плоскости к биссектрисе угла раскрыва.
На самом деле такого конуса в природе не существует... разве как в воображении заблуждающегося в этом отношении человека. На самом
деле фигура несколько сложнее и образована она трубками лучей, соединяющими каждый элементарный участок поверхности зеркала
с точкой фокуса и углы раскрыва как в вертикальной, так и в горизонтальной области, определяются исходя именно из этой фигуры
(назовём её приплюснутый усечённый конус), которая определяется исключительно геометрическими параметрами зеркала и только
ими одними. А уже как "вписаться" в эту фигуру так, чтобы не потерять полезную энергию, как при передаче, так и при приёме,
зависит от разработчика.
В связи с вышесказанным предвосхищаю повторение вопроса:
и присоединюсь к дискуссии о том, что лучше:
- равномерно (или неравномерно) облучать зеркало;
- оптимально собирать энергию сигнала с зеркала, апертуру которого абсолютно равномерно и однородно облучает спутник с ГСО :wink:
и предварительно дам короткий, но ЁМКИЙ ответ: -вряд ли я стал бы терять время на написание подобных постов и тем, если бы
рассматриваемый мною вопрос не имел постановки обратной задачи (приём) и ТОЧНО такого же ответа на неё. В принципе вопрос определения направленности облучателя был мной достаточно подробно раскрыт в двух темах - этой и про наклон антенны и любой желающий, при помощи изложенного может вполне легко и непринуждённо решить обратную задачу. :)
Аватара пользователя
strannik
Зарегистрированный Пользователь
Зарегистрированный Пользователь
Сообщения: 1737
Зарегистрирован: 20 апр 2015, 17:03
9
Благодарил (а): 1152 раза
Поблагодарили: 2129 раз
Возраст: 70

Расчёт зеркальной антенны

Непрочитанное сообщение strannik »

serg757 писал(а):Сама тема скорее всего окажется несколько глубже нежели написано в названии и более касается теории работы зеркальной антенны, нежели её расчёта.
Согласен стопудово. Разговор заявлен серьёзный, а потому важно определится с исходными позициями, постулатами и "аксиомами"
serg757 писал(а):Соответственно известны ДН облучателя в обоих плоскостях:
Изображение
Хотелось бы знать, откуда известны ДН? Они рассчитаны или же измерены? Почему осесимметричный облучатель в горизонтальной плоскости имеет асимметричную ДН?
► Показать
serg757 писал(а):На самом деле фигура несколько сложнее и образована она трубками лучей, соединяющими каждый элементарный участок поверхности зеркала с точкой фокуса и углы раскрыва как в вертикальной, так и в горизонтальной области, определяются исходя именно из этой фигуры (назовём её приплюснутый усечённый конус), которая определяется исключительно геометрическими параметрами зеркала и только
ими одними.
С этого места, плз, помедленнее. Я не понял, о какой фигуре идёт речь %) Если можно, её эскиз в трёх проекциях с привязкой к "геометрическим параметрам зеркала"
Спасибо
serg757 писал(а):В принципе вопрос определения направленности облучателя был мной достаточно подробно раскрыт в двух темах - этой и про наклон антенны и любой желающий, при помощи изложенного может вполне легко и непринуждённо решить обратную задачу. :)
Дико извиняюсь, но где в "этой" теме "вопрос определения направленности облучателя был мной достаточно подробно раскрыт"? :shock:
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
"Как яхту назовёшь, так она и поплывёт..."- эти слова капитана Врунгеля словно эпиграф
serg757 писал(а):С чего начать? Определяем среднюю длину волны диапазона приёма. Думаю не для кого не секрет, что она примерно равна 26,5мм.
Начнём с того, что речь идёт, видимо, о Кu диапазоне 10.7 - 12.75ГГц.
Длина волны в пределах диапазона изменяется от 28.0 до 23.5 мм, поэтому для меня не то чтобы секрет, а настоящее откровение, что
25.8 примерно равно 26.5
Обидно только, что все это знают, а я начинаю ощущать себя недоучкой... :sorry:
С уважением, Юрий Филатов (странник)
Аватара пользователя
strannik
Зарегистрированный Пользователь
Зарегистрированный Пользователь
Сообщения: 1737
Зарегистрирован: 20 апр 2015, 17:03
9
Благодарил (а): 1152 раза
Поблагодарили: 2129 раз
Возраст: 70

Расчёт зеркальной антенны

Непрочитанное сообщение strannik »

serg757 писал(а):В принципе вопрос определения направленности облучателя был мной достаточно подробно раскрыт в двух темах - этой и про наклон антенны и любой желающий, при помощи изложенного может вполне легко и непринуждённо решить обратную задачу. :)
Дико извиняюсь, но где в "этой" теме "вопрос определения направленности облучателя был мной достаточно подробно раскрыт"? :shock:
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
"Как яхту назовёшь, так она и поплывёт..."- эти слова капитана Врунгеля словно эпиграф
serg757 писал(а):С чего начать? Определяем среднюю длину волны диапазона приёма. Думаю не для кого не секрет, что она примерно равна 26,5мм.
Начнём с того, что речь идёт, видимо, о Кu диапазоне 10.7 - 12.75ГГц.
Длина волны в пределах диапазона изменяется от 28.0 до 23.5 мм, поэтому для меня не то чтобы секрет, а настоящее откровение, что
25.8 примерно равно 26.5
Обидно только, что все это знают, а я начинаю ощущать себя недоучкой... :sorry:
С уважением, Юрий Филатов (странник)
Аватара пользователя
serg757
Зарегистрированный Пользователь
Зарегистрированный Пользователь
Сообщения: 131
Зарегистрирован: 16 апр 2015, 12:04
9
Благодарил (а): 6 раз
Поблагодарили: 30 раз
Контактная информация:

Расчёт зеркальной антенны

Непрочитанное сообщение serg757 »

strannik писал(а):Хотелось бы знать, откуда известны ДН? Они рассчитаны или же измерены? Почему осесимметричный облучатель в горизонтальной плоскости имеет асимметричную ДН?
Эти ДН я не расчитывал. Эти ДН являются реальными ДН реального облучателя, описанного в патенте RU 2071155, взятым мной вот с этого ресурса: http://www.findpatent.ru/patent/207/2071155.html
strannik писал(а): Думаю, что для читателей этой темы (особенно для новичков на форуме, как я) было бы полезным не общее указание на предыдущие работы (публикации) автора, а конкретные url-ссылки. Меня лично аргументы типа "это давно всем известно", "сто раз об этом писал", "читайте форум" абсолютно не устраивают. Времени чтобы искать, где подробно изложено ваше мнение, увы, нет :pardon:
Для меня вообще-то СТРАННО слушать подобное от общепризнанного специалиста по спутниковому приёму, которого по его же словам не устраивают
аргументы типа "это давно всем известно", "сто раз об этом писал", "читайте форум"
, ибо ничего такого я Вам и не предлагал... Более того, я не предлагал Вам никаких сомнительных ссылок, которые, хоть и являются конкретными в интернет-пространстве, но имеют сомнительное происхождение... Я предложил вниманию юзеров лишь ЛОГИКУ и две формулы. В теме про наклон антенны и в этой теме я ПОДРОБНО изложил своё мнение и предложил вниманию юзеров только лишь расчёты, которые основаны на общепризнанной теории - на тех формулах (их всего две), которые Вы лично, написав такую программу, не знать не можете. Равно как Вы не можете не знать и физики явлений, происходящих в зеркальной антенне. а посему, предлагаю Вам просто анализировать написанное мною и оспаривать КОНКРЕТНО каждую мою фразу, которая идёт вразрез с Вашими взглядами, то есть задавать КОНКРЕТНЫЕ вопросы и конкретно по теме, а не искать какие-то непонятные ссылки. Посему даю Вам вот эту ссылку на тему в которой конкретно изложен принцип моих расчётов и мой взгляд на этот вопрос, который уточнён в этой теме:
viewtopic.php?f=4&t=417&start=80
strannik писал(а): Заявления типа... свидетельствуют лишь о ваших близких родственных связях с Богом и знанием Истины-В-Последней-Инстанции :wink: и никак не способствуют заинтересовнному обсуждению вопроса.[/spoil]
А логически помыслить слабо?
К примеру в свете вот этой фразы того, кого Вы Богом называете
ФОРМУЛА которая расчитывает фокусное растояние
оффсетной антенны и при этом даёт разные углы (раскрыва)
по вертикали и горизонтали
НЕ ВЕРНА
Как видно из этой фразы, как раз он с Вами согласен... :)
strannik писал(а): С этого места, плз, помедленнее. Я не понял, о какой фигуре идёт речь %) Если можно, её эскиз в трёх проекциях с привязкой к "геометрическим параметрам зеркала"
Спасибо
А чего тут непонятного? Для каждого зеркала эта фигура имеет свою геометрию. К примеру для того, что есть у Вас - соедините ниточками края вашего зеркала с точкой фокуса и увидите эту фигуру... Впрочем, если Вам трудно представить, я попробую построить эту фигуру... если получится... :)
Аватара пользователя
serg757
Зарегистрированный Пользователь
Зарегистрированный Пользователь
Сообщения: 131
Зарегистрирован: 16 апр 2015, 12:04
9
Благодарил (а): 6 раз
Поблагодарили: 30 раз
Контактная информация:

Расчёт зеркальной антенны

Непрочитанное сообщение serg757 »

strannik писал(а):
serg757 писал(а):В принципе вопрос определения направленности облучателя был мной достаточно подробно раскрыт в двух темах - этой и про наклон антенны и любой желающий, при помощи изложенного может вполне легко и непринуждённо решить обратную задачу. :)
Дико извиняюсь, но где в "этой" теме "вопрос определения направленности облучателя был мной достаточно подробно раскрыт"? :shock:
Я тоже дико извиняюсь - оговорился. Вопрос не направленности облучателя, а вопрос того, куда в ИТОГЕ направить его продольшую ось.
По Ку-диапазону. 10700 + 12750 = 23450. 23450/2 = 11725. 300000/11725 = 25,6. Спасибо за поправку. :)
ЗЫ: теперь встречный вопрос - на что в моей теме повлияла эта описка? Случайно не на вопрос о направлении конвертора на зеркало? :)
Аватара пользователя
serg757
Зарегистрированный Пользователь
Зарегистрированный Пользователь
Сообщения: 131
Зарегистрирован: 16 апр 2015, 12:04
9
Благодарил (а): 6 раз
Поблагодарили: 30 раз
Контактная информация:

Расчёт зеркальной антенны

Непрочитанное сообщение serg757 »

В догон:
strannik писал(а): Почему осесимметричный облучатель в горизонтальной плоскости имеет асимметричную ДН?
То есть Вы здесь можете привести абсолютно осесимметричную ДН в обоих плоскостях?
Аватара пользователя
serg757
Зарегистрированный Пользователь
Зарегистрированный Пользователь
Сообщения: 131
Зарегистрирован: 16 апр 2015, 12:04
9
Благодарил (а): 6 раз
Поблагодарили: 30 раз
Контактная информация:

Расчёт зеркальной антенны

Непрочитанное сообщение serg757 »

serg757 писал(а):... я попробую построить эту фигуру... если получится... :)
Изображение
Прошу извинить мне качество рисунка... но это ведь эскиз... Нарисовал в одной проекции, ибо двумя проекциями всё равно не обойтись, да и в других проекциях вид интуитивно понятен.
Аватара пользователя
strannik
Зарегистрированный Пользователь
Зарегистрированный Пользователь
Сообщения: 1737
Зарегистрирован: 20 апр 2015, 17:03
9
Благодарил (а): 1152 раза
Поблагодарили: 2129 раз
Возраст: 70

Расчёт зеркальной антенны

Непрочитанное сообщение strannik »

serg757 писал(а):Эти ДН я не расчитывал. Эти ДН являются реальными ДН реального облучателя, описанного в патенте RU 2071155, взятым мной вот с этого ресурса: http://www.findpatent.ru/patent/207/2071155.html
В описании патента не указано, что эти ДН являются"реальными ДН реального облучателя"-это ваш домысел. Вместе с тем ряд признаков указывает на "хэнд-мэйд" происхождение этих графиков
► Показать
С уважением, Юрий Филатов (странник)
Аватара пользователя
strannik
Зарегистрированный Пользователь
Зарегистрированный Пользователь
Сообщения: 1737
Зарегистрирован: 20 апр 2015, 17:03
9
Благодарил (а): 1152 раза
Поблагодарили: 2129 раз
Возраст: 70

Расчёт зеркальной антенны

Непрочитанное сообщение strannik »

serg757 писал(а):В догон:
strannik писал(а): Почему осесимметричный облучатель в горизонтальной плоскости имеет асимметричную ДН?
То есть Вы здесь можете привести абсолютно осесимметричную ДН в обоих плоскостях?
Не передёргивайте! Я не говорил о симметрии в Е и Н плоскостях.
Я написал лишь то, что написал. Нет ни физических, ни математических предпосылок ассиметрии ДН того облучателя, на который вы ссылаетесь
serg757 писал(а):Прошу извинить мне качество рисунка... но это ведь эскиз... Нарисовал в одной проекции, ибо двумя проекциями всё равно не обойтись, да и в других проекциях вид интуитивно понятен
Спасибо. Я понял, что речь всё же идёт о круговом конусе, ось вращения которого совпадает с линией FG Пожалуйста, прочитайте ещё раз
strannik писал(а):
serg757 писал(а):Я считаю что не верно определять угол раскрыва зеркала в горизонатальной плоскости по биссектрисе угла раскрыва в вертикальной плоскости. В таком подходе я считаю, заложена ошибка, ибо угол раскрыва определяется жёстко - его осями и положением точки фокуса.
Угол раствора конуса — угол между двумя противоположными образующими
Противоположные образующие для конуса вращения лежат в одной плоскости с осью конуса
Биссектриса угла раствора конуса вращения является его осью.
Линии CF и DF не являются противоположными образующими конуса, т.к. не лежат в одной плоскости с его осью вращения GF, угол между ними меньше угла AFB
Линии MF и NF являются противоположными образующими конуса, т.к. лежат в одной плоскости с его осью вращения GF, угол между ними равен углу AFB
Линия пересечения этого конуса с параболоидом вращения - эллипс, который совпадает с эллипсом, вырезанным круговым цилиндром, и с эллипсом, который вырезан плоскостью ACBD из параболоида.
Не знаю, зачем я доказываю вам аксиомы стереометрии? :wink:
С уважением, Юрий Филатов (странник)
Ответить

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и 0 гостей