MARIAN POKORSKI MULTIMEDIA ACADEMY ABC TECHNIKI SATELITARNEJ ROZDZIAŁ 3 ANTENY SATELITARNE ANYENY DLA TV NAZIEMNEJ www.abc-multimedia.eu
MULTIMEDIA ACADEMY *** POLSKI WKŁAD W PRZYSZŁOŚĆ EUROPY
3. Anteny 3.1. Anteny satelitarne Z chwilą nastania epoki satelitów do rodziny anten radiowych i telewizyjnych doszły satelitarne, których wygląd mocno odbiega od anten, do których byliśmy przyzwyczajeni. Orbita geostacjonarna, na której pozycjonowane są satelity do bezpośredniego odbioru znajduje się na wysokości 35.786 km ponad równikiem. Odległość ta zwiększa się oddalając się w kierunku bieguna północnego, południowego, wschód lub zachód od pozycji geostacjonarnej na której są stacjonowane. Zdjęcie 3.1a Pole anten satelitarnych operatora telewizji kablowej MultiMedia w Gorzowie Wlkp Dla zobrazowania tej odległości małe porównanie: Rawa Mazowiecka jest oddalona od Warszawy ca. 80 km, a sygnał emitowanych programów z anten nadawczych na iglicy Pałacu Kultury i Nauki jest już prawie nieodbierany. Odległość Warszawy od satelitów Hot Birda wynosi prawie 40.000 km, tyle ile wynosi obwód równika. Mimo takiej odległości oglądamy wyśmienity obraz i słuchamy dźwięku o jakości sali koncertowej. Fotografia: Janusz Jędrosz 3
Słabe nadajniki satelitarne i duża odległość anteny nadawczej od satelitach anteny odbiorczej na ziemi, zmusiły konstruktorów do skonstruowania anteny na innych zasadach. I tutaj pomogły stare, znane od wielu set lat fizyczne prawa, rządzące światłem. Wszyscy znamy skutki promieniowania słonecznego w godzinach południowych. Słońce grzeje wprawdzie bardzo mocno, czasami tak mocno, że możemy dostać porażenia słonecznego, ale nie są jednak w stanie zapalić niczego. Jeżeli jednak promienie słoneczne skierujemy przy pomocy soczewki lub lustra wklęsłego na kawałek papieru i jeżeli papier znajdzie się w ognisku tego lustra nastąpi jego zapłon. Energia promieni słonecznych zostaje skoncentrowana przez lustro wklęsłe do tego stopnia, że w krajach, w rejonie równika stosuje się ją do gotowania, a nawet do spawania metali. Na identycznej zasadzie pracują anteny satelitarne. Sygnał odebrany z satelitów jest skoncentrowany przez wklęsłe lustro anteny i odebrany przez konwerter, znajdujący się w jej ognisku. To właśnie pozwala nam oglądać programy telewizyjne i słuchać radia z nieba. W między czasie anteny stały się codziennością. Ich popularność jest tak duża, że przestaliśmy na nie zwracać uwagę. Budynki mieszkalne są upstrzone antenami, co spędza sen z powiek ojcom miast i urbanistom. Nie wolno nam także zapomnieć, że niefachowo zainstalowane lub przerdzewiałe anteny są dużym niebezpieczeństwem dla ludzi. Zdjęcie 3.1c Las anten na ścianie budynku mieszkalnego W tym rozdziale opiszę fizyczną zasadę działania anteny satelitarnej, jej charakterystyczne cechy fizyczne i parametry. 4
3.1.1. Zasady działania anteny satelitarnej Jak już wcześniej wspomniałem antena satelitarna jest odzwierciedleniem optycznego lustra wklęsłego i działa na jego identycznych zasadach. Zasada fizyki mówi, że kąt padania równa się kątowi odbicia. To zjawisko zostało wykorzystane w budowie anten satelitarnych. Grafika nr 3.1.1. przedstawia schematycznie zasadę działania anteny parabolicznej. Zasada ta dotyczy wszystkich anten satelitarnych włącznie z antenami planarnymi. Sygnał dochodzący do anteny zostaje skoncentrowany w jej ognisku, w którym znajduje się urządzenie odbiorcze, konwerter. Koncentracja jest tak duża, że szczątkowy sygnał dochodzący z satelity jest możliwy do odbioru i dalszej obróbki. Grafika nr 3.1.1. Zasada działania anteny parabolicznej. Przykład Antena o średnicy 90 cm ma zysk energetyczny ca 40 db, co matematycznie jest 100 krotnym wzmocnieniem sygnału. Stąd jej konstrukcja w postaci lustra wklęsłego jest optymalnym, możliwym rozwiązaniem pozwalającym na odbiór programów telewizyjnych, radiowych i danych cyfrowych. Być może, że przyszłość przyniesie jeszcze inne rozwiązania, ale na dzień dzisiejszy jest to jedyne. 5
3.1.2. Charakterystyka anteny Grafika nr 3.1.2a Charakterystyka anteny satelitarnej Grafika nr 3.1.2a. przedstawia charakterystykę anteny satelitarnej w formie dwuwymiarowej. W rzeczywistości wygląda to trochę inaczej. Charakterystyka jest przestrzenna, jednak dla zobrazowania jej, użyłem tej wersji. Na grafice widzimy wiązkę główną i wiązki boczne. Mimo, że są one słabsze o 12...15 db mogą być przyczyną zakłóceń przez sąsiadujące satelity. Czym zysk energetyczny jest większy tym boczne wiązki są mniejsze i odwrotnie. Przy odpowiednim ukształtowaniu lustra anteny, wiązki boczne można mocno wytłumić. Do takich anten należą anteny romboidalne i eliptyczne, często widziane na samochodach retransmisyjnych. Opisując anteny romboidalne wrócę do tego tematu. Dolna oś jest odnośnikiem całego kąta charakterystyki anteny. Druga wiązka boczna sięga standartowej odległości między satelitami, która wynosi 6. Przy niezbyt precyzyjnym ustawieniu anteny w kierunku satelity, niebezpieczeństwo jego odbioru jest bardzo duże, stąd precyzyjne jej ukierunkowanie jest odpowiedzialne za jakość odbioru. 6
Wrócę jeszcze raz do kąta widzenia i ewentualnych zakłóceń sąsiadujących satelitów. Duże zapotrzebowanie na programy telewizyjne i radiowe oraz różne usługi satelitarne operatorzy coraz częściej odbiegają od przyjętej reguły, która mówi, że najmniejsza odległość kątowa pozycji geostacjonarnych powinna wynosić 6. Przykładem mogą być geopozycje wykorzystywane przez operatorów SES ASTRA i EUTELSAT. Satelity Hot Birda znajdują się na geopozycji 13 East, a Eutelsat Sesat, Eutelsat W2M i Eurobird 16A na pozycji 16 East lub Eurobird 9A na na pozycji 9 East. 9 East. Grafika nr 3.1.2b Charakterystyka anteny satelitarnej z satelitami Hot Birda 13 East i Eurobird 9A EAST Przy niezbyt precyzyjnym ustawieniu anteny i konwerterów możemy spodziewać się zakłóceń, które są bardzo trudne do zlokalizowania. Wprawdzie istnieje wiele sposobów na uniknięcie tych problemów, takich jak wykorzystywanie różnych częstotliwości lub oświetlenie przez anteny na satelitach innych rejonów, ale przy źle ustawionej antenie należy się liczyć z taką alternatywą. Innym sposobem to użycie anteny o większej średnicy, która ma mniejszy kąt widzenia lub użycia anten, które mocniej wycinają listki boczne. Przykładem mogą być anteny romboidalne. Do tego problemu wrócę przy opisie anten. 7
3.1.3. Techniczne parametry anteny Mówiąc o antenie satelitarnej, jako o skomplikowanym urządzeniu, nie możemy pominąć jej parametrów. Parametry są odzwierciedleniem wyglądu, możliwości i sposobu wykorzystania anteny. Różnica między parametrami poszczególnych anten zależy od ich konstrukcji oraz wykonania. Przytoczona tabela pokazuje najważniejsze parametry anteny: Parametr Przykład 1 Typ anteny Offset 2 Zakres częstotliwości 10,7... 12,75 MHz 3 Gabaryty anteny Wysokość Szerokość 678 mm 600 mm 4 Średnica subreflektora 28 mm 5 Stosunek F/D 0,49 6 Zysk energetyczny przy częstotliwości: 11,30 GHz 12,75 GHz 12,75 GHz 37,2 db 37,7 db 38,2 db 7 Kąt widzenia (-3 db) 2,3 8 Dobroć anteny G/T 9 Tłumienie modulacji skrośnej < 30.0 db 10 Kąt offsetowy 25 11 Materiał (reflektor) Aluminium / Stal 12 Zabezpieczenie powierzchni Farba proszkowa, wypalana 13 Średnica uchwytu dla konwertera 42 mm 14 Mocowanie dla średnicy masztu 30...60 mm 15 Odporność na wiatr q = 800 N/m 2 q = 1100 N/m 2 130 km/h 135 km/h 16 Waga anteny 2,3 kg 8