Антенна круговой поляризации своими руками
НА ГЛАВНУЮ — — адрес этой страницы — http://ra6foo.qrz.ru/circle.html — версия 20 03 2015 — — НА ГЛАВНУЮ
Антенны ВК с круговой поляризацией.
Направление поляризации определяет вектор Е электрической составляющей ЭМВ.
Горизонтальная или вертикальная поляризация — это ЛИНЕЙНАЯ поляризация (ЛП) относительно поверхности земли.
КРУГОВАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ (КП) — сумма двух равноамплитудных ЭМВ с линейными поляризациями под 90°, cо сдвигом фаз 90°
или иначе, с отставанием одной из них на четверть волны в пространстве. Отклонение от любого их этих условий приводит
к эллиптичности поляризации и далее к вырождению её в линейную поляризацию
Линейную поляризацию можно также представить как сумму двух ЭМВ с круговыми поляризациями противоположного вращения.
В апплете Java на сайте amanogawa можно видеть все возможные варианты
зависимости поляризации от амплитуды и фазового сдвига между антеннами
(Для работы Java приложений у вас должна быть установлена платформа Java)
ТЕРМИНЫ: Кросс-антенной часто называют разные конструкции. (cross — крест, гибрид).
1 — Две одинаковые или разные (в т.ч. на разные диапазоны) антенны на одной траверсе, но в разных плоскостях, под 90°, работающие поочередно через реле на общий кабель или одновременно каждая на свой кабель, каждая в своей ЛИНЕЙНОЙ поляризации.
2 — Две одинаковые линейные антенны под 90° на одном буме, подключенные к общему кабелю так, что принимаемые линейными антеннами сигналы в точке сложения, а при передаче излучаемые ими поля, сдвинуты по фазе на 90°. В зависимости от знака сдвига + или − эта антенна, состоящая из двух линейных антенн, излучает левую или правую КРУГОВУЮ поляризацию ЭМВ.
20 03 2015
Не применяйте всуе термин»cross-yagi». Этим вы только запутываете собеседника. Как правило, вопрос «вам вообще-то какая поляризация нужна, линейная или круговая?» ставит в тупик. Сначала определитесь, нужны вам две независимые антенны на одной траверсе или одна с круговой поляризацией.
Если вы хотите иметь две линейных поляризации на одной траверсе, например горизонтальную и вертикальную, (или под 45 к горизонту), то можете применять любые, в том числе и разные, антенны ВК и располагать их на траверсе с любым сдвигом относительно друг друга. Единственное условие — чтобы они не влияли друг на друга. А это можно реализовать только когда оси симметрии антенн совпадают (элементы обоих антенн через бум), векторы поляризации ортогональны (под 90 гр.) и оба кабеля отведены за рефлектор.
Если же вам нужна круговая поляризация, то кроме этого еще и обе антенны должны быть одинаковы, а их смещение было минимально возможным и учтенным в длине фазосдвигающей линии.
правая левая
Если смотреть вдоль траверсы со стороны рефлектора на антенны, запитанные так, что ток в правом плече вибратора горизонтальной антенны опережает по фазе на 90° ток верхнего плеча вертикальной антенны (рис 1), то результате мы имеем два когерентных поля ЭМВ с вертикальной и с горизонтальной поляризацией, с запаздыванием одного из них по фазе на 90°. Результирующая двух векторов Е на плоскости, перпендикулярной распространению ЭМВ, описывает круг, а в пространстве — правую спираль и круговую поляризацию правого вращения. Изменить направление вращения на левое можно подав питание с опережением 90° на вертикальную антенну вместо горизонтальной или изменив фазировку питания на одной из антенн на 180°.
Круговую поляризацию можно получить, если:
1 — сместить одну из антенн вдоль бума назад на 1/4λ и запитать синфазно. При этом в направлении главного лепестка поле этой антенны будет отставать по фазе на 90°, что и требуется. Недостатки — увеличение длины антенны, неточность сдвига фазы 90° из за неизвестного К замедления директорной структуры и быстрый рост элиптичности поляризации по мере оклонения от оси главного лепестка.
2 — расположить одну из них с небольшим конструктивно необходимым смещением по траверсе, вперед или назад, и запитать ее с сдвигом фазы больше или меньше 90° на величину смещения в градусах. Обычно применяемый способ.
Сложение (деление) сигнала, поступающего с фидера (уходящего в фидер) происходит на две независимые антенны, поэтому выполняется по тому же принципу, как на две антенны стека. Если например в антенне с КП мы складываем сигналы от 50 Омных антенн на кабель 50 Ом, то здесь необходима такая же трансформация, как в обычном стеке — либо трансформацией до 100 Ом с каждой антенны перед сложением, чтобы в сумме получить 50 Ом, либо полученные после сложения 25 Ом трансформировать в 50 Ом.
энергетические соотношения
• Если мы принимаем сигнал с КП на антенну с КП того же вращения, сигналы двух антенн суммируются в фазе и мы имеем полную принимаемую обоими антеннами мощность Р1 + Р2 = 2Р
• Если мы принимаем сигнал с КП на антенну с линейной В или Г поляризацией,, мы принимаем только одну, В или Г составляющую КП и 0,5 от полной мощности КП.
• Если мы расположим антенну под углом α к горизонту, то мы принимаем по 0,707 мощности каждой составляющей поляризации и их сумма P1 sin α + P2 cos α, т. е тн же 0,5 от полной мощности КП
• В любом положении антенны антенны с линейной поляризацией мы принимаем половину общей мощности Р1 + Р2 сигнала с КП.
• Если мы принимаем КП правого вращения на антенну с КП левого вращения, сигналы составляющих поляризации будут в точке сложения в противофазе и полностью подавят друг друга, Р1 — Р2 = 0 и приема не будет.
• Если сигнал с ЛП мы принимаем на антенну с КП, то та из приемных антенн, плоскость которой совпадает с плоскостью поляризации сигнала, примет полную мощность, но эта мощность будет поделена на две нагрузки — приемник и другую антенну. В результате те же потери половины мощности или 3 дб уровня сигнала.
• В реальных условиях даже в прямой видимости кроме прямого сигнала с горизонтальной или вертикальной поляризацией имеем и отраженные от земли и предметов сигналы, и запаздывающие по фазе на разность путей, и с поворотом поляризации при отражении. Уровень линейных составляющих поляризации сигнала от движущихся обьектов или при изменении частоты в таком случае имеет глубокие провалы вплоть до нуля. Прием такого сигнала на антенну с КП исключит глубокие провалы в уровне сигнала.
СПОСОБ ПИТАНИЯ АНТЕННЫ КРУГОВОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ
Петлевые вибраторы 100 Ом можно рассматривать как два источника по 50 Ом (плечи ПВ) с средней точкой, которой является центр неразрезной части. Поэтому плечи одной антенны можно соединить с плечами второй антенны кабелями 50 Ом, длина которых для получения круговой поляризации должна быть 1/4λ. В результате сложения двух по 100 Ом вибраторов впараллель мы имеем в точках питания 50 Ом, что позволяет к одному из вибраторов прямо подключить кабель питания 50 Ом. При этом отсутствует необходимость трансформации или применения полуволновых петель. Необходим только 1/4λ стакан на кабеле питания.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ АНТЕНН ВК 145 и 435 МГц С КРУГОВОЙ ПОЛЯРИЗАЦИЕЙ.
Траверсы антенн из соснового бруска. Сдвиг между антеннами вдоль траверсы равен половине ширины петлевого вибратора. Кабель припаивается к заднему вибратору и отводится назад за рефлектор. Передний вибратор запитан через пару фазосдвигающих кабелей 50 Ом. В главном направлении поле переднего вибратора должно отставать по фазе на 90° от поля заднего вибратора, поэтому электрическая длина фазосдвигающих кабелей должна быть 1/4λ ( 90° или 517 мм для 145 и 172 мм для 435 МГц ) плюс величина сдвига между вибраторами. Физическая длина фазосдвигающих кабелей зависит от их К укор. Например, при ширине вибраторов 435 МГц 16 мм сдвиг между ними будет 8 мм, электрическая длина фазосдвигающих кабелей 172+8=180 мм, а физическая длина кабелей типа РК 50-2-11 и RG 58, имеющих К укор. 0,66 будет 180х0,66=118,8 мм.
В папке ZIP файлы антенн 145 МГц от 4 до 16 элементной и 435 МГц от 3 до 33 элементной с петлевыми вибраторами 100 Ом для антенн круговой поляризации. Размеры и позиции рефлекторов и директоров полностью соответствуют антеннам на страницах широкополосные 435, универсальные 145 МГц и широкополосные 145 МГц. При изготовлении антенн с КП можно не заглядывать в файлы MMANA и брать размеры и позиции директоров на рисунках этих страниц, а размеры и позиции петлевых вибраторов брать по фото 2 (435 МГц) и рисунку (145 МГц) на этой странице.
СБОРКА АНТЕНН КП 435 МГц.
Траверса из соснового бруска. Профиль траверсы антенн 435 МГц на участке крепления вибратора должен иметь квадратное сечение 18х18 мм, а пассивные элементы запрессованы в отверстия в 9 мм от поверхности траверсы. На других участках траверсы ее профиль может быть от 12х12 до 25х25 мм в зависимости от длины антенны и способа ее крепления и может быть восьмигранным для ументьшения ветровой нагрузки, но отверстия для пассивных элементов также должны находиться на оси траверсы, т. е. по центру профиля.
Вначале на траверсу монтируются петлевые вибраторы (фото 2). Для точного позиционирования вибраторов перпендикулярно траверсе и между собой они фиксируются с помощью кондуктора (фото 5) из кровельной жести.
Затем к ПВ припаивается заготовленная и спаянная между собой пара фазосдвигающих кабелей и кабель питания с 1/4λ стаканом на нем (фото 4). На фото вариант распайки для КП левого вращения. Для изменения направления вращения на правое надо поменять местами распайку центральных жил фазосдвигающих кабелей на одном из вибраторов. Кабели типа РК50-2-11 длиной 119 мм между торцами оплеток. Если имеется, то лучше использовать фторопластовый кабель РК50-2-22 длиной 129 мм между торцами оплеток. Кабель питания типа РК50-4.8-32, 33, 35, 36 диаметром 7,4 мм с полиэтиленовой оболочкой. Стакан из клейкой алюминиевой фольги шириной 30 мм. Длина стакана 115 мм (подробнее о нем на стр. широкополосные 435 МГц).
Затем эпоксидной смолой в два приема залить сначала одну грань траверсы, после затвердения другую грань. Расход смолы 2. 3 гр на одну грань. В процессе заливки щедро присыпать песком, перед заливкой очередного слоя обязательно сдуть непропитавшийся песок. Таким образом герметизируются кабели и закрепляются на траверсе петлевые вибраторы (фото 6).
После полного отвердения сделать третий замес смолы, 1. 2 гр., добавить в него на кажый 1 грамм 3 капли растворителя 646, прокапать смолу в отверстия в траверсе и запрессовать в них рефлекторы и директора, контролируя симметричность по одинаковой длине выступающих с обоих сторон концов элементов (фото 8).
В таком виде можно сразу проверить КСВ, а после затвердения, на следующий день, укоротить хвостовик и подготовить траверсу для крепления, а затем защитить траверсу и смолу двумя — тремя слоями краски ПФ-115 или пропиткой Пинотексом, затем Яхтовым лаком.
Данные, полученые при проверке антенны: соответствие частотного графика КСВ, неизменный уровень сигнала на приемной контрольной антенне с линейной поляризацией при вращении антенны вдоль оси и соответствие расчетной диаграмме направленности углов отворота от контрольной антенны до уровня -3 дб говорят о соответствии антенны данным, полученным в модели и наличии круговой поляризации.
СБОРКА АНТЕНН КП 145 Мгц
Для вибраторов 145 МГц применен узел крепления на металлической полосе (фото 7). Чертежи его деталей есть на страницах спортивные 145 МГц и широкополосные 145 МГц. В зависимости от сечения траверсы в месте установки вибраторов, под узел крепления возможно потребуется подложить прокладку толщиной 4. 8 мм для обеспечения зазора 3. 5 мм между узлом крепления и вибратором второй антенны. Петлевые вибраторы изготовлены из прямых медных трубок диаметорм 5 мм и впаяных в их торцы боковых перемычек из меди диаметром 3 мм. Размеры вибраторов 100 Ом спортивных антенн (pbs) и широкополосных антенн (pbw) для антенн КП на рисунке ниже.
Смещение между антеннами 145 МГц. вдоль оси траверсы 15 мм. Вибраторы собираются в паре отдельно от траверсы и затем устанавливаются на готовую и окрашенную траверсу с установленными рефлекторами и директорами антенн обоих поляризаций. Для монтажа на траверсе со смещением на полширины вибратора (15 мм) их надо соединить подобно двум звеньям цепи так, как это выглядит на фото 2 и 4. Для этого в одном из вибраторов одну боковую перемычку полностью не пропаивать, а после сборки и заливки смолой выпаять ее, ввести одну из трубок в другой вибратор, предварительно определив какую из трубок и в какое плечо вибратора необходимо вводить для нужной конфигурации вибраторов на траверсе, и вновь запаять боковую перемычку.
Источник
Особенности приема сигналов с круговой поляризацией
До появления проекта НТВ-Плюс российским энтузиастам спутникового телевидения редко приходилось сталкиваться с круговой поляризацией — наибольший интерес для индивидуального приема представляют европейские спутники с линейно поляризованным излучением. Однако особенности приема сигналов с круговой поляризацией ярко проявились с началом цифрового вещания НТВ-Плюс. При приеме сигнала со спутника BONUM-1 на ту же антенну, что используется для приема европейских спутников (с конвертором без деполяризатора), картинка «рассыпается» даже при очень большом уровне сигнала.
При приеме сигналов «старых» спутников ГАЛС, TDF-2 и Hot Bird на одну подвижную антенну деполяризатор был не нужен. Во-первых, сигнал ГАЛСов намного мощнее сигнала спутников Hot Bird и, даже с потерями 3 дБ, принимался не хуже. Во-вторых, несущие частоты транспондеров ГАЛСов и TDF-2 разнесены довольно далеко, не менее чем на 36 МГц (11767 LZ и 11803 RZ). Это больше, чем ширина полосы пропускания приемника (27 МГц), поэтому даже при одновременном приеме сигналов в обеих поляризациях без развязки они не перекрывались по частоте. Эта особенность позиции 36 градусов В.Д. успешно использовалась при коллективном приеме — для одновременного приема сигналов с правой и левой поляризацией использовалась антенна с запасом усиления 3 дБ (диаметр примерно в 1,5 раза больше минимально необходимого) и штатный конвертор НТВ-Плюс, из которого намеренно удалялся деполяризатор. Отпадала необходимость использовать спаренные конверторы, разделители поляризаций, мультисвитчинги и т. д.
Транспондеры спутника BONUM-1 расположены «вплотную». Центральные частоты транспондеров с разной поляризацией разнесены всего на 19 МГц. При приеме сигнала, например, с правой круговой поляризацией часть мощности сигнала соседнего по частоте транспондера с левой круговой поляризацией попадет в полосу пропускания приемника. Такой сигнал не является полезным сигналом, следовательно, его можно рассматривать, как шум. Увеличение диаметра антенны в данном случае не улучшает качество приема, так как уровень шума растет пропорционально уровню сигнала.
У волны с круговой поляризацией вектор электрического поля имеет постоянную величину, но изменяет направление (вращается), делая один оборот на 360 градусов за один период несущей частоты. Можно представить волну с круговой поляризацией как сумму двух линейно поляризованных волн, векторы Е’ и E» которых расположены ортогонально, а фаза колебаний отличается на 90° (правая круговая поляризация) или на 270° (левая круговая поляризация).
На рис. 1 показан один период волны с круговой поляризацией. Вектор E’ расположен вертикально, а вектор E» — горизонтально. Из рисунка видно, что суммарный вектор Eкр постоянно изменяет свое направление, делая полный оборот за один период. Теперь предположим, что сигнал с круговой поляризацией будет приниматься на переключаемый конвертор. Так как его штыри расположены ортогонально (под углом 90 градусов), можно расположить векторы составляющих E’ и E» параллельно «вертикальному» и «горизонтальному» штырям конвертора соответственно. Нетрудно догадаться, что сигнал будет приниматься на оба штыря одинаково, составляющая E’ будет возбуждать штырь вертикальной поляризации, составляющая E» — штырь горизонтальной поляризации . Амплитуда каждого из векторов E’ и E» будет меньше амплитуды вектора Eкр в корень квадратный из 2 раз, т. е. потери по мощности составят 3 дБ (мощность сигнала разделится поровну между двумя штырями).
Чтобы избежать потерь при приеме сигнала с круговой поляризацией, используются устройства — деполяризаторы. Наиболее простой деполяризатор — диэлектрический. Он представляет собой секцию круглого волновода с диэлектрической пластиной внутри (рис. 2). Допустим, что в таком волноводе распространяется волна с круговой поляризацией. Разложим ее на две составляющих, направив вектор E’ параллельно пластине деполяризатора, а вектор E» — перпендикулярно ей. Фазовая скорость составляющей, вектор E’ которой направлен параллельно пластине, не изменится и останется равной скорости света С. Скорость же волны, вектор E» которой перпендикулярен пластине, будет больше или меньше скорости света, это зависит от размеров волновода, толщины и диэлектрической проницаемости материала пластины. Соответственно длина волны будет больше или меньше, чем длина волны в свободном пространстве. Необходимо задержать или ускорить составляющую E» таким образом, чтобы к концу секции деполяризатора обе составляющих E’ и E» отличались по фазе на 0 или на 180°. В этом случае на выходе деполяризатора они окажутся в фазе или в противофазе, и суммарный вектор будет иметь постоянное направление (45° по отношению к каждой составляющей, см. рис 2).
Таким образом, длина пластины подбирается с таким расчетом, чтобы задержка составляющей E» составляла 90°, т. е. количество длин волн составляющих E’ и E», укладывающихся на длине пластины L, должно отличаться на Л/4. В конверторе Cambridge AE37 (штатный конвертор НТВ-Плюс) используется пластина из полистирола толщиной 1 мм и длиной 46 мм. Пластина располагается в волноводе таким образом, чтобы угол между плоскостью пластины и плоскостью, в которой расположен «вертикальный» штырь конвертора, составлял 45°. При таком расположении пластины деполяризатор преобразует волну с правой круговой поляризацией в волну с линейной вертикальной поляризацией, а волну с левой круговой — в волну с линейной горизонтальной.
Нетрудно убедиться, что деполяризатор — обратимое устройство. Если на входе секции деполяризатора присутствует линейно поляризованная волна, вектор Eл которой расположен под углом 45° к диэлектрической пластине, то на выходе секции волна приобретает круговую поляризацию. Как принимается сигнал с круговой поляризацией на переключаемый конвертор с двумя штырями, уже рассматривалось выше. Таким образом, если линейно поляризованный сигнал (например, со спутников Hot Bird) принимать на конвертор с деполяризатором, потери по мощности составят не менее 3 дБ, и сигналы обеих поляризаций (и вертикальной и горизонтальной) будут приниматься одинаково на оба штыря, мешая приему друг друга.
Заметим, что если диэлектрическую пластину расположить параллельно или перпендикулярно направлению вектора Е линейно поляризованной волны, она будет вносить минимальное затухание, не изменяя при этом направление поляризации. Значит, деполяризатор можно «отключить» на время приема спутника с линейной поляризацией, установив пластину параллельно штырю вертикальной поляризации (или перпендикулярно ему). Это можно сделать с помощью комбинации устройств «диэлектрический деполяризатор + механический или магнитный поляризатор». При первоначальной настройке пластина деполяризатора устанавливается по направлению вектора Е вертикально поляризованной волны. Для приема сигналов с линейной поляризацией механическим поляризатором приемный штырь разворачивается параллельно или перпендикулярно пластине. Для приема сигналов с круговой поляризацией штырь устанавливается таким образом, чтобы угол между ним и плоскостью пластины составлял 45° в ту или иную сторону. Если используется магнитный поляризатор, штырь конвертора остается неподвижным, а направление поляризации линейно поляризованной волны (прошедшей параллельно или перпендикулярно пластине деполяризатора или сформированной из волны с круговой поляризацией) приводится магнитным поляризатором в плоскость штыря.
Использование обоих этих устройств связано с некоторыми ограничениями.
- Для управления как магнитным, так и механическим поляризатором ресивер должен иметь соответствующий интерфейс. У цифровых ресиверов, за редкими исключениями (например, PRAXIS DVB9800 ADP), такого интерфейса нет. Для управления магнитным поляризатором в упрощенном варианте можно использовать выход ресивера 0 / 12 В с некоторыми доработками.
- И тот и другой поляризаторы рассчитаны на работу с конверторами без переключения поляризации (с прямоугольным фланцем). Как правило, если такой конвертор двухдиапазонный, то гетеродины верхнего и нижнего диапазона переключаются напряжением питания 13 / 18 В. У большинства цифровых ресиверов этот управляющий сигнал используется только для переключения поляризации. Это обстоятельство сильно усложняет программирование ресивера.
- Оба эти устройства вносят собственные потери от 0,2 до 0,5 дБ, уменьшая добротность приемной установки в целом.
В большинстве случаев выгоднее использовать для приема спутников в позиции 36,0 В.Д. отдельную антенну или отдельный конвертор. Все без исключения цифровые ресиверы поддерживают протокол DiSEqC, поэтому проблем с коммутацией антенн не возникнет.
Другие статьи по профессиональным ресиверам читайте тут — САТПРО
Источник