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无线电电子与电气工程百科全书 STV 的抛物面天线。 无线电电子电气工程百科全书
在对接收 STV 产生兴趣后，业余无线电爱好者通常会为此购买一套现成的设备。 它通常包括一个小直径 (0,9 ... 1,2 m) 的抛物面天线 (PA)。 升级系统的第一步是购买更大直径的天线。 但是大口径的天线非常昂贵，所以很多人都尝试在家里做PA。 在业余文献中，发表了有关 PA 制造的文章，例如 [1]，但它们没有考虑某些因素。 事实是，在设计天线时，有必要考虑馈电的参数，馈电是转换器的一部分。 本文旨在系统化有关 PA 设计的数据并将其应用于现有条件。 微波天线有很多种——抛物面、相控阵、基于菲涅耳透镜等。 关于自制条件，建议使用 PA，因为它们的制造简单。 PA有两个版本： - 通过胶合矩阵； - 从铜线和网（所谓的网状天线）焊接。 每个天线都有自己的优点和缺点。 第一个的优点包括在制造过程中易于控制形状，第二个 - 重量和风阻较小。 首先，您需要确定无线电爱好者可以使用哪种辐照器。 让我们转向图 1 并确定哪些参数表征天线。 首先，这是它的直径 d（通常，它们在计算开始时给出）。 从天线焦点（转换器馈电位于焦点处，或双反射器系统情况下的第二个反射镜）到天线反射器的最短距离称为焦距 f。 镜面深度h是从反射器开口平面S到天线反射器本身的最大距离。 孔径角Ф是天线镜S的孔径平面从其焦点F可见的角度。此外，它们由以下关系相关。
f/d 比率决定了您的照明器的参数。 通常 f / d 在 0,3 ... 0,5 的范围内。 该比值越大，h 越小，制造 PA 的材料消耗越低（增益 Ku 有一些损失）。 如果您有一个 f/d=0,3 的照明器并且想降低成本，那么购买一个 f/d=0,5 的照明器，或者可变 f/d 照明器是最好的。
首先，根据公式（2）计算y对x的依赖（取值从0到d/2），并编制表格。 将得到的值\u5b\u2bare转移到方格纸上，建立抛物线。 然后将其粘在 2 毫米厚的钢板上并沿抛物线切割。 因此，获得了一把刀（有必要严格观察它的形状，因为最终的结果和 PA 的质量在很大程度上取决于此）。 然后，根据图 1，您应该选择合适尺寸的杆 3 和轴承 2（3 - 刀）。 在这种情况下，刀具被缩短了杆8直径的一半并同轴焊接到它上。 根据图 10，框架由直径为 2 ... XNUMX mm 的钢筋制成（焊接）。 在这种情况下，肋条XNUMX大致沿刀弯曲。 轴承焊接到框架的顶部。 框架安装在平坦区域，而轴承1（图3）下方需要垂直安装内径大于轴承4直径的管道1。框架下方的整个空间都充满了碎石或碎砖。 在轴承上安装了垫圈 4（图 2），其直径略大于轴承直径，高度等于未来 PA 的厚度（例如，对于直径为 2 m 的 PA，厚度为25 mm），将刀插入轴承。 将水泥砂混凝土砂浆揉成浓稠的稠度，涂在框架上并用刀整平。 将得到的矩阵干燥 3...5 天。 第三天（在干燥的天气），用雪花石膏擦拭产生的裂缝并用砂纸清洁，用刀控制表面质量。 应该注意的是，如果您打算重复使用该基质，请在其与地面之间放置两层或三层屋顶材料，以免它因潮湿而坍塌。 另外，我不建议使用 [2] 中的建议来制作粘土基质，因为这种材料在干燥时会产生许多裂缝，并且由此产生的基质是短暂的。 接下来，继续粘贴天线。 有许多方法可以执行此过程。 这里有一些提示。 首先，如果您要粘贴大直径天线，请记住它固有的三个缺点——重量大、抗风和强度低。 为了简化制造，将天线（精确地）分成 6 ... 8 个扇区（同时考虑它们的连接形状、紧固方式）。 在这种情况下，矩阵也可以做成扇形的形式，但最好还是完全做成，因为。 可以将偏置天线粘在上面。 为了强度，增加反射器的厚度并用径向钢丝加强筋。 作为粘合PA的材料，他们通常采用玻璃纤维切成条状和环氧树脂胶。 您可以使用 [1] 中描述的技术，稍微简化一下。 首先，将释放混合物涂在用肥皂清洗过的基质上，用作汽车油（如果在此之前用均匀的镶木地板胶粘层摩擦基质，可以获得最佳效果）。 将一根管子紧紧地插入垫圈 4（图 2）中，在其上松散地套上另一个由硬铝制成的垫圈，其高度等于反射器的厚度。 接下来，涂上一层树脂（不损坏脱模混合物）并涂上玻璃纤维片，使它们光滑并去除气泡。 当然，最好使用金属化玻璃纤维，但您也可以使用普通的，因为第一个不可访问。 将来（制造后），有必要用扇形切割的铝箔片粘贴在反射器上。 尽管如此，第一种选择，增强玻璃纤维，由于更好的表面质量，更可取。 形成导电表面的另一种选择是将 PA 涂料涂在反射表面上，其中包括金属粉末基底（银等）。 使反射器的厚度达到所需尺寸后，模制螺母用于紧固。 也可以将安装有反射器的框架焊接到安装有反射器的径向加强件上。 反射器也可以在干燥后通过 PA 中钻孔的螺栓固定。 小直径的天线可以用纸浆制成（这个想法是由 R.K. Gaydinov 提出的）。 报纸被当作填充物。 它们被浸泡在水中并通过绞肉机。 将壁纸糊作为粘合剂添加到所得物质中。 将所得混合物施加到基质上（之前已将分离混合物施加到基质上）并用抹刀整平，形成所需的表面。 干燥后，将天线取下并覆盖一层导电层和几层硝基漆，以保护 PA 免受大气降水的影响。 如 [2] 中所述，可以使用织物代替报纸，形成 PA，如玻璃纤维，使用壁纸糊作为粘合材料。 PA（网格）的第二个版本在 [3] 中进行了描述。 为它制作了一个模板（图4），其参数由公式（2）计算。 由粗铜线制成的径向抛物线沿其弯曲。 电线的粗细是根据天线的直径来选择的。 例如，对于直径为 1,5 m 的天线，采用直径为 4 ... 5 mm 的导线。 还需要制作圆带。 弦的直径以 10...30 cm 的增量变化，弦与径向抛物线的焊接位置由公式（1）计算。 框架制成后，用细网铜网覆盖，并焊接在其上。 需要注意的是，PA的直径越大，制造它的线材就越粗，焊接起来也就越困难（当使用直径超过7毫米的线材时，最好采用接触焊接）。
下一步是制造回转装置 (OPU)。 所有的 OPU 都分为两种类型：方位角和极坐标。 第一种类型更容易制造，因为它只使用两个调整轴（在从卫星到卫星重新配置时都使用这两个轴）。 第一个轴是方位角，它的角度由公式计算
其中 φ 是接收站点的经度，以度为单位，Fsz 是 IC3 在轨道上的位置，以度为单位，w 是接收站点的纬度，以度为单位。 如果您将天线指向正南，那么要在方位角上调谐到给定的卫星，您需要从 A 中减去 180°。 如果角度为正，则天线向西移动该角度的值； 如果为负 - 向东。 仰角轴2（图5）的仰角由公式计算
悬架的设计是任意的。 它的尺寸取决于天线的直径。 例如，对于直径为 1,2 m 的天线，OPU 按照图 6 制作。
指定类型的OPA主要用于偏置光电探测器和小直径直接聚焦光电探测器。 由于大尺寸天线较重，因此围绕两个轴重新对齐它们很不方便。 因此，为它们使用了另一种类型的 OPU——极性（图 7）。 它有四个旋转轴 - A (1)、UM (2)、极轴 (3) 和校正轴 (4)。 为了确定天线的方向，极轴和反射器轴所属的平面必须位于方位轴 1 的平面上，方向为南，在正午时标出。 为了确定方向，将一根小针插入地面，每 20 到 30 分钟记录一次由针投射的阴影的位置。 从打入地面的大头针末端到大头针末端阴影穿过的线的最短距离是向南的方向。
接下来，将轴 PA (2) 的角度设置为等于接收地点的纬度（以度为单位）。 将角度设置为校正轴 (4)
然后极轴（3）旋转一个角度
其中 f 是接收地点的经度； Fiss - 卫星在 GSO 中的位置（如果 EL，则为（Piss>0，如果为西，则 Fiss<0）。 正如你所看到的，在极悬浮的情况下，只有极轴用于从卫星到卫星的变化（这给了这种类型的 OPU 的名称）。 因此，简化了天线的重新调谐。 调谐范围相对于南方向在 ±40° 以内。 但为了方便使用，他们支付了 OPU 机制的复杂性。 图 8 显示了极地 OPA 的众多变体之一。
尺寸为直径为 2 m 的 PA。法兰 1 焊接到管道 2。法兰 3 放在顶部，可绕其轴线自由旋转。 法兰具有用于相互固定的孔4。 两根直径为 5 毫米、长度为 40 厘米的管子 60 焊接在上法兰上。一根 6 厘米长的管子用两个螺栓连接到这些管子上。两根直径为 80 毫米、长度为 6 厘米的管子 7 40cm被焊接到管25上。梯形7通过螺钉8附接到管12上（梯形由直径为25...32mm的管制成）。 天线反射器通过支架 9、10 连接到梯形（非常坚固），同时将带螺纹端的销插入梯形的下管，支架 10 通过以下方式连接到梯形的上管用螺钉 11 调节校正角度。 使用挂绳调整仰角和极轴（为简单起见，图中未显示）。 重要的是要以这样一种方式安排它们，即它们是可接近的，并且不会干扰对具有回射馈源的转换器的访问。 我不建议您调整各种定位器、执行器和其他远程调节方式，仅在使用小型 PA 的情况下才合理使用。 在 PA 的制造中，必须确保所有接头的最小游隙，因为天线在风中的湍流对接收产生不良影响，也会导致 OPA 的快速破坏。 为了将转换器安装到天线上，按照图 9，在反射器上钻三个孔。 环 1 由硬铝制成，内径等于转炉颈部的直径。 环可以由通过螺栓连接的两部分组成。 在环上钻三个孔 3 并旋入其中。 三根杆 2 由硬铝（管）制成。选择它们的尺寸，使环 1 距焦点 F 2 ... 3 cm。在杆的末端切割螺纹并拧入环 1，然后它们连接到反射器 4。
接收天线的增益由下式计算
其中 Q - 表面利用率 (KPI)，对于大多数类型的辐照器 Q = 0,4 ... 0,7（通常为 0,6）； L 是接收波的长度。 该表总结了三种直径 Ku 天线在最常用范围内的数据（Q=0,6）。 可以看到，频率越高，天线的Ku越大。 但在当前情况下（卫星的有效辐射功率大致相等），卫星到地球路径上的信号衰减不同（频率越高，衰减越大），在不同频段的接收器输入端产生的信号大约为相同的。 另一个有趣的事实是，在许多在 PA 交易的公司的目录中，显然高估了 Ku。 您可以通过使用上述公式计算 KU 自行检查。 表1
该表还显示，在低频下，由于与天线相控阵相比，Ku 较低，因此使用 PA 是不切实际的。 我会给你一些建议。 1. PA的直径越大，其辐射方向图越窄，因此建议在大天线旁边安装小直径天线，并将其调谐到您所在地区信号水平最高的卫星上。 然后，注意卫星的大致方向，将大天线指向同一方向。 接收到信号后，校正辐照器在天线焦点上的位置，以获得最佳的弱通道图像接收。 通过在其边缘固定一个小的天线，使 PA 1、2（图 10）的旋转轴平行，可以进一步简化大型天线的重新配置。 需要在小型天线的安装方案中引入校正螺钉，以预先设置天线轴的平行度。 用小天线接收到信号后，他们切换到大天线。
为了微调卫星（即使信号非常小），使用特殊探测器非常方便，其电路已在业余无线电文献中发表。 此外，为此，您可以使用频谱分析仪（范围从 1 到 2 GHz），通过隔离电容器施加来自转换器的信号。 在这种情况下，不要忘记向转换器施加 +14 V 电源电压。 2. 天线和转换器必须小心接地，以免设备在雷雨天气发生故障（从统计数据来看，这种情况经常发生）。 为此，在将电缆连接到转换器的连接器上缠绕 2 ... 3 圈直径为 1,5 ... 2 mm 的电线并将其接地。 同一根导线用于将天线的金属表面和 OPU 接地（单独并与一个电路并联）。 3、不要忘记天线的直径越大，它的抗风能力就越大，所以需要提供保护天线和OPU免受风荷载的措施。 使用优质轧钢制造 OPU。 例如，如果一米长的 PA 需要直径为 32 ... 40 mm 的载管，那么对于两米长的 PA - 120 ... 150 mm。 如果可能，请安装天线，使其背面受到墙壁的保护。 如果可能，请避免将天线安装在高处。 总之，我想指出，本文仅描述了天线系统的一小部分。 我个人感谢 V.V. Orlov 和 S.A. Kozlov 在金属结构制造方面的帮助，本文提供了其图纸。 文学
作者：V. Fedorov，PGG。 列夫·托尔斯泰，利佩茨克地区； 出版物：N. Bolshakov，rf.atnn.ru
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