8.1. Опромінювачі і поляризатори
Приймаюча головка, що знаходиться у фокусі параболічного дзеркала антени, складається з трьох частин: опромінювача, поляризатора і конвертера (рис. 8.1).
Ці функціонально різні блоки конструктивно можна об'єднати і виконати в одному корпусі (попарно або всі три елементи разом).
Відбитий параболічної антеною сигнал йде на опромінювач. Його призначення - передати прийняту антеною енергію телевізійного ретранслятора супутника по волноводу до конвертер.
Опромінювач - один з найважливіших вузлів антеною системи, тому до нього пред'являються певні вимоги: діаграма спрямованості повинна бути осесиметричної і без бічних пелюсток; опромінювач не повинен сильно затінювати параболічну антену, так як це призводить до спотворення її діаграми спрямованості і зниження коефіцієнта використання поверхні параболоїда обертання.
Облучателями параболічних антен служать слабонаправленних антени. Це можуть бути рупори, щілинні антени, спіралі, діелектричні антени і ін. Найбільш простими є опромінювачі у вигляді відкритого кінця хвилеводу - прямокутного або круглого перетину (рис. 8.2).
Хвилевід круглого перетину більшою мірою задовольняє вимогам, що пред'являються до опромінювач антенних систем, - діаграма спрямованості Осесиметрична, на відміну від пірамідального (прямокутного) хвилеводу.
Конструкції облучателей для осесиметричної і офсетного антен однакові. Це пов'язано з тим, що параболічна антена характеризується відношенням її фокусної відстані до діаметру параболоїда обертання (F / D).
Більшість виготовляються зараз осесиметричних супутникових антен мають параметр F / D приблизно 0,3. 0,4, а офсетні - близько 0,5. 0,6. Відповідно до цього облучатели для осесиметричних і офсетних антен виготовляють з різними «кутами розкриття».
У конструкції сучасних опромінювачів передбачені три металеві кільця для кращої фокусування електромагнітних хвиль і забезпечення більш вузької діаграми спрямованості антени. Таким чином, опромінювач є направленою антеною, яка встановлена у фокусі параболічного відбивача (рис. 8.3, 8.4).
Опромінювач устанав ється для більш підлогу ного використання по поверхні дзеркала і реа лізації максимального коефіцієнта посилення антени.
Електромагнітна віл на, що розповсюджується в просторі від переду ющей антени супутника до антени наземної стан ції, характеризується по ляризации, т. Е. Орієнтацією цією вектора напружений ності електричного по ля Е щодо поверх ності Землі (див. Гл. 1, п. 5) .
Поляризатор є пристроєм, який обидві спечівает вибір необхідного виду поляризації прийнятої радіохвилі. Зазвичай поляризатор встановлюється між опромінювачем і конвертером (рис. 8.5). При складанні важливо забезпечити герметичність з'єднання. Так, наприклад, гумові прокладки повинні точно розташовуватися в металевих пазах і не мати перекосів.
За принципом своєї дії поляризатори можуть бути механічними, феритовими (електромагнітними) і імпульсними феритовими.
До складу механічного поляризатора входить петлеподобний або штирьовий провідник (3) (елемент зв'язку з електричним трактом конвертера) і виконавчий механізм (6) (рис. 8.6). Елемент зв'язку (4) входить в електромагнітне поле хвилеводу і перетворить його енер
гію в електричний струм. Таку ж роль виконує будь-яка телевізійна антена, яку ми звикли бачити на дахах будівель або щоглах.
Для того щоб в елементі зв'язку розвивалася максимальна електрорушійна сила, яка в його провіднику створює найбільшу електричне поле, необхідно надати зонду таке ж становище, як і випромінювача антени на супутнику. Відповідно приймальня система повинна відокремлювати сигнали однієї поляризації від іншої і приймати їх окремо.
У механічних поляризаторах перехід з однієї поляризації на іншу здійснюється підвищенням напруги харчування від 13 В (V поляризація) до 18 В (Н поляризація). Система з перемиканням дозволяє отримувати два фіксованих значення поляризації, вибір якої відбувається механічним переміщенням - поворотом навколо своєї осі елемента зв'язку за допомогою крокового електродвигуна. Наявність рухомих елементів знижує надійність механічного поляризатора.
В електромагнітному поляризаторі (рис. 8.7) вибір поляризації (рис. 8.8) здійснюється зміною величини струму в котушці (3), намотаною на феритовий сердечник (2). Надійність такого поляризатора вище, так як відсутні рухливі механічні деталі. До того ж, поляризатори з струмовим керуванням дозволяють виконувати плавну підстроювання поляризації.
Поляризація сигналу, який передається з супутника, строго паралельна (Н) або перпендикулярна (V) поверхнос-
ти Землі тільки на довготі самого супутника. Якщо канал транслюється більш на Схід чи на Захід, то через кривизни поверхні Землі площину поляризації більше нахилена відносно її поверхні. Чим далі довгота точки прийому знаходиться від довготи супутника, тим цей кут нахилу більше. Відповідно до цього поляризатор
размешается під більшим чи меншим кутом до поверхні Землі.
Подібна проблема виникає в тому випадку, якщо антену встановлюють з позиціонуванням на кілька супутників. Для кожного ШСЗ кут нахилу свій, тому й необхідна плавна струмовий підстроювання поляризації. Для кожного супутника вибирають своє значення керуючого струму і кут нахилу площини поляризації до горизонту.
На європейських супутниках (ASTRA, EUTELSAT і ін.) В основному використовується лінійна поляризація, а на російських (GALS1, GALS2, TDF2) - тільки кругова. Для прийому кругових хвиль перед поляризатором встановлюють ще один елемент - деполяризатор, який перетворює кругову поляризацію в лінійну (рис. 8.9).
Пристрій, що перетворює один вид поляризації поля в хвилеводі круглого перетину (2) в інший, є відрізком хвилеводу, в якому є поздовжні неоднорідності у вигляді діелектричних пластин (матеріал тефлон або ін.) (1) і металевих стрижнів (Н або V). Очевидно, що фазові швидкості хвиль, у яких вектори f напруженості електричного поля паралельні або перпендикулярні пластин або стержнів, різні.
Нехай в волноводе круглого перетину з поздовжніми неоднородностями поширюється лінійно поляризована хвиля, у якій вектор Е утворює з площиною неоднорідностей кут 45 °. Розкладемо цей вектор на дві складові: паралельну і перпендикулярну площині неоднорідності. На вході деполяризатора обидві складові поля однакові і мають однакові фази. Якщо довжина, параметри і конфігурації пластин або стрижнів підібрані таким чином, що на виході пристрою різниця фаз між паралельної і перпендикулярної складовими вектора f дорівнює 90 ° (3.14 / 2), то на виході пристрою замість лінійно поляризованого поля отримаємо поле з круговою поляризацією. Це і є поляризатор 3.14 / 2. Якщо в такий поляризатор надходить поле з круговою поляризацією, то воно перетворюється в поле з лінійною поляризацією. Залежно від положення діелектричної пластини і штирів в хвилеводі здійснюється перетворення кругової поляризації в вертикальну або горизонтальну.
У ряді випадків при прийомі сигналів з обома видами
поляризації (лінійна з європейських супутників і кругова з російських GALS і TDF2) можна обійтися і без деполяризатора. Однак при цьому позначиться програш на 3 дБ в рівні кругового сигналу, що відповідає збільшенню необхідного діаметра антени в 1,4 рази. Для трансляцій з GALS це не критично, так як на території Республіки Білорусь його сигнал приймається, наприклад, в Мінську на «тарілку» значно меншого діаметру (0,6. 0,9 м), ніж сигнали з будь-якого європейського супутника.
Поляризатори розрізняються еше і з точки зору дискретності (переривчастості) зміни поляризації. У механічних поляризаторах площину поляризації змінюється дискретно на 90 °. Поляризатори з струмовим керуванням дозволяють плавно змінювати площину поляризації.
Існують також імпульсно-ферритові поляризатори, в яких поляризаційний зонд пересувається за допомогою механізму. Для управління цим механізмом до поляризатора посилається послідовність імпульсів, тривалість яких несе інформацію про необхідному положенні поляризатора. У таких поляризаторах площину поляризації змінюється дискретно, але з невеликим кроком дискретизації.
Електромеханічні поляризатори вимагають трьох керуючих сигналів від ресивера, в той час як магнітним необхідні тільки два (рис. 8.10).
Перевагою електромеханічних поляризаторів в порівнянні з магнітними є дещо менші втрати сигналу. Зараз електромагнітні поляризатори використовуються в основному в С / Кu-роторах.