среда, 7 января 2015 г.

Спутниковая антенна своими руками. Часть 1... Конструкция зеркала

Следует отметить, что у нас с отцом имеются офсетки промышленного образца, установленные и настроенные на три-четыре спутника нами же, поэтому эксперимент проводился с целью показать, что "не боги горшки обжигают". В материале речь пойдет о методике изготовления зеркала и крепежа прямофокусной параболической антенны диаметром 60 см из подручных средств. Почему именно прямофокусной? Причина проста: в отличие от офсетной со смещенный фокусом, расчитать прямофокусное зеркало проще в домашних условиях. Интересно? Тогда добро пожаловать под кат...

Изготовление зеркала. Некоторые математические выкладки

Как известно из математики и оптики, ключевой особенностью параболоида является то, что все лучи, приходящие с одного направления, собираются в фокальной плоскости (второй фокус - бесконечность, но он нас не интересует). Эти же оптические принципы справедливы и для радиоволн, в нашем случае для частот 10-12 ГГц спутникового ТВ. Шаблон для изготовления зеркала рассчитан по известной формуле параболоида вращения с фокусом* 190 мм для раскрыва параболы 600 мм. Расчитанная апертура половинки параболы (и будущего лекала) представлена в таблице:


Угол раскрыва антенны расчитаем по формуле 1:
 α = 2*arctg (D/(2*F*(1-(D^2/16/F^2)))); (1)
Где: α - угол раскрыва зеркала, D - диаметр раскрыва, F - фокус зеркала.

Подставив наши значения, получим:

α = 2*arctg (D/(2*F*(1-(D^2/16/F^2)))) = 2*arctg (60/(2*F*(1-(60^2/16/19^2)))) ~ 151°

Cамо зеркало у нас не только прямофокусное, но и короткофокусное: F/D = 190/600  = 0.31. Расчетный КНД зеркала при заданном КИП = 0.95 (все таки поверхность сплошная, а не решетка) равен 23.6 дБ. Если даже откинуть децибелла 3 на неидеальность поверхности и тот факт, что конвертор уменьшает КИП антенны, ибо установлен по центру антенны, то все равно остается ни много ни мало целых 115 раз.
* Столь малый фокус выбран из практических соображений: во-первых - это снижает парусность и габариты всей конструкции, во-вторых - крепеж СВЧ-конвертора перед зеркалом антенны облегчается.
Ремарка об облучателе конвертора

Среди прочего, потребуется и модификация облучателя офсетного конвертора (мы решили взять обычный офсетный (линейный) ввиду доровизны конверторов под прямофокусные антенны, но с последующей доработкой - вставки волновода, по сути обычной алюминиевой трубки диаметром ∅18 мм на длину кратной половине средней длины волны 10-12 ГГц от штыря до фазового центра фокуса).  ∅18 мм обусловлен имеющимся волноводом в конверторе. От дроссельных подавителей, представляющих собой волноводные кольца на четверть-длин волн N-гармоник не избавлялись (некоторые их отпиливают), их перекроет сама удлиняющая трубка. Следует отметить, что угол раскрыва обычной трубки-волновода равен 180°, поэтому для исключения помех, приходящих за пределами угла раскрыва зеркала, следует добавить небольшой рупор на конце трубки с углом раскрыва 151°. Более того, любой конвертор линейной поляризации можно превратить в круговой путем установки диэлектрической пластины под углом 45 градусов к облучателю.

Программное обеспечение для расчета

Если для вас представляет затруднение подобный расчет, то вы можете воспользоваться нашей древней программой для расчета зеркала от 2008-го года. Скачать вы ее можете отсюда (300 кБ).


Программа осуществляет интерактивный расчет параболической антенны по задаваемыми пользователем параметрам как диаметр раскрыва зеркала, фокус и КИП (коэффициент использования поверхности), а также визуализацию зависимости этих параметров друг от друга наглядно. Выходными параметрами программы является расчет КНД, ширины ДН, глубины раскрыва и апертуры параболы по оси координат 0X, 0Y в виде таблицы и графика визуализации.


Практика

Понадобятся следующие материалы и оборудование:
  1. Пакет с песчано-цементной смесью для изготовления основы шаблона (~3 кг).
  2. Алебастр для фиксации основы болванки и центральной трубки (~0.5 кг).
  3. Вода.
  4. Фанерный шаблон-лекало, выполненный в виде половины эпюры параболы с крепежной трубкой для вращения по центру.
  5. Фольга для запекания (режем на полосы).
  6. Бумага газетная.
  7. Клей "Бустилат" (~1.5 кг).
  8. Краска-эмаль серого цвета в аэрозольном баллончике.
  9. Деревянные рейки - для создания ребер жесткости и крепежа каркаса зеркала.
  10. Широкие шайбы для крепежа краев зеркала к ребрам жесткости.
  11. Крепеж-треножник для конвертора из диэлектрических трубок или пластин и, собственно, самого конвертора Ky-диапазона.
  12. СВЧ коаксиальный кабель, например Finmark F660 со стальной омедненной жилой (а что сейчас не омедненка).
Последовательность действий:
  1. Замешиваем песчано-цементный раствор до густоты сметаны (см. инструкцию на упаковке смеси), выливаем его на рабочую поверхность и послойно формируем горку.
  2. Вращаем лекало вдоль центра горки и формируем болванку-параболоид вращения как основу для наклейки каркаса будущего зеркала.
  3. После застывания раствора изготавливаем рамку-обод из фанеры или бумаги - будущее ребро жесткости каркаса.
  4. Обклеиваем газетной бумагой поверхность цементного шаблона как папье-маше, но с послойной пропиткой бустилатом**, формируя каркас. 
  5. С внутренней стороны каркаса обклеиваем поверхность будущего зеркала полосками фольги с напуском (сантиметра достаточно).
** Почему именно бустилат? Дело в том, что бустилат - клей на водной основе, в состав которого входит латекс, загуститель карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) и мел, и при его высыхании (испарении влаги) остается латекс и КМЦ, дающие гибкость и усилие на разрыв для каркаса, а жесткость конструкции придает мел.
Фотографии этапов изготовления (что успели заснять :)):








Толщина каркаса зеркала получилась миллиметра 4, вес каркаса всего полтора килограмма. Для исключения перегрева корпуса конвертора концентрированными солнечными лучами в ясную погоду, а также придания дополнительной влагостойкости всей конструкции и дополнительной жесткости покрываем каркас аэрозольной краской серого оттенка из баллончика. Даем снова всему просохнуть***.
*** Обращаем ваше внимание, что все действия следует проводить в хорошо проветриваемом помещении!
Небольшой видеообзор изготовленного шаблона и зеркала прямофокусной антенны:


Подписывайтесь на наш канал LaboratoryW и будьте всегда в курсе новых разработок и исследований.

Продолжение следует...

2 комментария:

  1. Я только что наткнулся на этот материал. Мне это нравится!

    ОтветитьУдалить
  2. Уважаемые посетители Youtube-канала, напоминаю вам о правилах поведения: мат, оскорбления и откровенная чушь будут удаляться, а неадекваты забанены )

    ОтветитьУдалить

В комментариях уважайте собеседника, внимательно читайте посты и не додумывайте. Просьбы и предложения из разряда: «можно ваш Skype/Viber/телефон», «напишите мне в vk/FB», а также другие им подобные — игнорируются. Выход новых версий ПО, внешняя ссылка, переставшая работать с течением времени и т.п. не является основанием для претензий. Желающие спокойно подискутировать и высказаться — Welcome. Желающие спонсировать блог — Donate. Нарушение этих простых правил ведет к бану и удалению комментариев без предупреждения.