Распределение напряжённости поля в антене

[странник]

Представленные в этой теме материалы дают представление о характере распределения напряжённости волнового поля после отражения сигнала спутника параболической антеной. Они позволяют осознаннее подходить к конструированию мультифидов, по крайней мере, дают понять, где и как размещать дополнительные конвертеры, каковы альтернативы поиска псевдофокусов и насколько сигнал в них слабее, чем в истинном фокусе параболы.

Сегодня я выложу картинки для случаев падения плоской волны перпендикулярно плоскости раскрыва параболы (0*), под углами 8* и 16*, а также, доводя эксперимент до запредельного, под углом 24* к оси параболоида.

В имени картинок:
первая цифра - угол падения,
группы из трёх цифр:
- смещение облучателя к зеркалу от фокуса, мм;
- смещение облучателя параллельно раскрыву зеркала от фокуса, мм;
- относительная напряжённость поля, у.е.

Зеркало - прямофокусная парабола 900мм, F=320мм
На картинках падающие лучи показаны зелёным цветом, а их синфазные окончания - красными четвертьволновыми отрезками. Фаза соответствует первому, полностью отражённому от всей поверхности зеркала периоду волны с длинной 26.5мм (середина Ku диапазона)

 

[странник]

Когда я решил сделать себе мультифид, то много чего вычитал на форумах интересного и противоречивого... Кроме того, всегда рассматривая чужие мультифиды, я удивлялся, почему при одинаковом угловом разносе 9.7* головы мультифидов на 13e и 4w не симетричны головке в фокусе на 4.8Е.
Всё это заставило меня написать программульку для расчёта напряжённогсти поля перед параболическим зеркалом.

Выше вы видите примеры расчётов.
На рисунках показано сечение параболического зеркала плоскостью, которая проходит через его центр и перпендикулярна полярной оси с учётом угла деклинации, т.е. через центр параболоида вращения и спутник.
Лучи, которые упали на параболу от спутника, показаны для момента времени, когда они все отразились от зеркала, и начал формироваться фронт отражённой (практически сферической) волны.
На концах лучей показаны красные отрезки длиной в четверть длины волны. Они дают представление о толщине слоя пространства, в котором волны суммируются более-менее синфазно.
Напряжённость поля суммарной отражённой волны показана градациями серого: наибольшая отрицательная амплитуда соответствует белому цвету, максимальная положительная - чёрному. Ноль отображается 50% серым цветом.
А вот на этом рисунке показано положение лучей, когда большинство из них достигло области псевдофокуса мультифида. Как видно, лучи отражённые от левого , если смотреть со стороны спутника,(нижнего на рисунке) края зеркала вообще не попадут в апертуру облучателя. И поэтому ось головки должна быть расположена вдоль касательной к дугообразной полосе максимумов суммарной волны. Это первый важный вывод.
Второй - чем больше вынос мультифида от истинного фокуса, тем меньшая часть поверхности зеркала используется, КУ падает.
Третий, важнейший! вывод - апертура облучателя должна быть возможно большей площади для захвата максимального количества отражённых лучей, а ДН подобрана исходя из конкретной геометрии зеркала и выноса мультифида чтобы обеспечить оптимальное облучение зеркала и снизить уровень боковых лепестков.

Пока хватит. Будут вопросы - задавайте, попробую ответить

 

[DIDONE]

Я не очень умен, пожалуйста расскажи попроще.Практически это сравнимо вид сверху - настраиваем Амос. Правильно? Что значит апертура облучателя? Не имеет значения оффсет или прямофокус? Мне еще непонятно,почему при выгибании тарелки по диагонали чтобы увеличить сигнал на Амосе надо ее гнуть смотря со спутника нижний левый и верхний правый края на себя,сигнал возрастет, согласно твоему чертежу это не так,значит еще имеет значение верхняя или нижняя часть антенны, или я не понял. Я об офсетках. Получается что ближе или дальше конвертор от тарелки сила сигнала меняется слабо,если его поворачивать вовремя? Просто то левая часть тарелки эффективна то правая?

 

[странник]

Совершенно верно, эта картинка похожа на ту, что мы имели бы для Амоса. А расчитана она для Телстара-12 в позиции 15W.
Что касается апертуры облучателя, то это площадь раскрыва рупора. Подробнее об этом я писал здесь. На фотографии хорошо видно, что рупор смотрит на правую сторону параболы.
И об офсетках. Всё, что я говорил выше, справедливо для прямофокусных зеркал, в них в силу осевой симетрии компенсируются искажения волнового фронта, которые вносят верхняя и нижняя части параболы. За счёт этого у прямофокуса кроссполяризационная развязка лучше, чем у офсетного зеркала и линия оптимальных псевдофокусов для мультифидов прямая. На рисунках в этой теме мы видим сечение напряжённости волнового поля для "горизонтальной" плоскости (вид сверху, как вы правильно подметили). И тут зона псевдофокусов имеет вид довольно длинной дуги, но при интерференции с "верхними" и "нижними" лучами максимум напряжённости поля достигается на линии, которая перпендикулярна оси параболы и проходит через её фокус.
У офсетного зеркала нет нижней части параболоида вращения и боковые его области так же обрезаны. Поэтому тут решающую роль играют "верхние" лучи.
Улучшение сигнала с Амоса при выгибании зеркала, думаю, объясняется тем, что вы как бы уменьшаете зенитный угол для Амоса и одновременно разворачиваете зеркало в его сторону, т.к. линия (зона) перегиба располагается перпендикулярно падающим с Амоса лучам. Но при этом вы ухудшаете условия приSма с левого мультифида.

 

[DIDONE]

максимум напряжённости поля достигается на линии, которая перпендикулярна оси параболы и проходит через её фокус

А как это выглядит на картинке, где она, если она отличается от линии прямофокусной?
"Верхние лучи" - это имеется ввиду правая часть антенны или что?
И значит если "кастрировать" облучатель для мультифида офсетки ничего хорошего не выйдет? Получается про офсетки нового мы ничего не узнаем,они в корне отличаются от прямых?

 

[странник]

А как это выглядит на картинке, где она, если она отличается от линии прямофокусной?

Я писал, что программку составлял для своей прямофокусной (осесиметричной) параболы, поэтому картинок для офсеток у меня в принципе нет !bad!

"Верхние лучи" - это имеется ввиду правая часть антенны или что?

Нет, не правая часть антены (верхняя часть рисунка), а именно лучи, которые отразились от верхней части зеркала.

И значит если "кастрировать" облучатель для мультифида офсетки ничего хорошего не выйдет?

Да, не выйдет. Если просто обрезать облучатель, то ДН расширится и офсетное зеркало будет переоблучено. Все шумы из-за зеркала будут ваши. Для мультифида нужен свой облучатель. Для офсеток - с несиметричной ДН направленности: Ширина главного лепестка ~70* в вертикальной и градусов 50-60* в горизонтальной плоскости

Получается про офсетки нового мы ничего не узнаем,они в корне отличаются от прямых?

В корне... - Нет, в корне не отличаются, они просто есть часть параболоида вращения.
Ну а нового, я думаю, вы узнали (вернее, осознали то, что знали раньше), что зеркало из мультифида нужно облучать не так, как из фокуса, и что конвертеры со стандартными облучателями тем хуже подходят, чем больший угловой разнос между спутниками.
Напомню ещё одну хорошо известную, но часто забываемую истину:
ДН приёмной установки есть произведение ДН параболического (или гиперболического, или тороидального, или любого другого) зеркала и ДН облучателя на конвертере.
Когда вы гнули зеркало под Амос, вы изменяли его ДН, но оптимизировали ДН всей установки, направляя её максимум на Амос. Я, например, когда оптимизировал приём с Астры (она у меня от фокуса на 17.4*), то гнул рупорок (облучатель) на конвертере - выигрыш составил 15% для сильных транспондеров и до 30% для тех, которые вообще не принимались.

Так что не зря мы с вами делали теоретическую прикидку возможностей мультифида !yea!

 

[DIDONE]

Для мультифида нужен свой облучатель. Для офсеток - с несиметричной ДН направленности: Ширина главного лепестка ~70* в вертикальной и градусов 50-60* в горизонтальной плоскости

Опять ничего не понял,так можно улучшить облучатель мультифида для офсетки или нет?Хотя бы теоретически.

 

[странник]

Конечно можно! Я считаю, даже нужно.
Так как в вертикальной плоскости нам нужно облучать всё зеркало, то ширина ДН остаётся такой же, как и для штатного облучателя - 70*.
А вот в горизонтальной плоскости нам нужно облучать преимущественно ближнюю к головке часть зеркала и недопустить выхода главного лепестка ДН за край зеркала с этой стороны. Поворотом головки от центра эти условия не удовлетворишь. Остаётся одно: сузить ДН в горизонтальной плоскости до 50-60*. Сделать это проще всего асиметричным рупорным облучателем. По вертикали его раскрыв такой же как и у штатного (примерно 60мм), а по горизонтали процентов на 30 больше. Это можно посчитать программой Sabor.
Увеличение апертуры по горизонтали хорошо корреспондирует с мыслью об необходимости поймать все лучи в районе псевдофокуса.
Так что пробуйте, экспериментируйте

Успехов