Проект Джемини - создание новой приёмной установки

[странник]

2 mius
Вчера дома у меня не открывались картинки да и по ссылке сходить не удалось. Сейчас открыл - замечательная ссылка, 100% в тему, вплоть до технологии. Недаром говорят, что идеи носятся в воздухе.
Сайт замечательный, с удовольствием посмотрел конструкции спутниковых приёмников - в 89-ом тоже шёл этим путём болгарин - югослав - В.Кетнерс... Та же элементная база (а другой просто небыло) те же схемные решения. Только в ЧМ демодуляторе я использовал КТ3101 и была фишка по регулировке полосы пропускания... Порог был ниже 7дБ и работал тюнер лучше заводского Львовского изготовления...
Да, есть что вспомнить. А перед такими энтузиастами как Евгений Шустиков хочется снимать шляпу. Полный респект

Об облучателе. К сожалению, на частотах в 4-5раз выше геометрические размеры пропорционально уменьшаются и резко увеличиваются требования к точности изготовления.

У меня была идея облучать цилиндрическое зеркало щелевой антеной сделанной из круглого волновода и установленного по оси фокуса. Но к этому ещё вернёмся.

 

[странник]

.. Попробуй поэксперементируй с конвертором. Там есть еще один подводный камень. Это резонансная камера. В нормальном исполнении там должен быть поршень вместо дна.... И поршень с регулировочным винтом.... Вот им в старые добрые времена и подбирали максимум.... Теперь же глядя в "бездонный" волновод Ку Я сомневаюсь в том что это растояние соответствует хотя бы расчетному.... Видимо изготовители делают это в расчете на электронное усиление.... Ну а нет резонанса - нет и приема в плохую погоду да и в хорошую тоже не очень..... Это еще одно место требующее уточнения перед созданием ФАР.....
С Уважением MIUS :big_boss:[/COLOR][/B]

В волноводе Кембриджа (он удлинён у меня для прямофокуса медной трубкой) видим 1/4 штырь, потом, через лямбда/4 вертикальный латунный замыкатель волновода для вертикальной поляризации, потом за ним, куда проходит только волна горизонтальной поляризации, ещё один вертикальный ! штырь, который этой волны "не видит", и далеко "во глубине Сибирских руд" мы видим ребристую (рёбра под 45*) заднюю стенку волновода. Отражаясь от такого экрана, волна меняет поляризацию на 90* и уже вертикальной принимается вторым 1/4 штырём.
Красиво сделано, не то что в Титаниуме и большинстве современных конвертеров. А вот в древнем американском Гардниере и волновод прямоугольный, и поляризация, соответственно только одна. Зато штырь элитный - с увеличением диаметра для повышения широкополосности системы.

В Кембридже хочу попробовать на дно волновода вставить гладкий пятачёк, чтобы небыло поворота поляризации отражённой волны, латунный замыкатель снять, чтобы оба штыря принимали только вертикальную поляризацию. Настроится на спутник, зафиксировать уровень сигнала и соотношения сигнал/шум, а затем включить усилитель горизонтальной поляризации подачей питания на верхний левый резистор с верхнего правого. Так два МШУ-близнеца получат сигнал от одного фокуса и их выходные сигналы просуммируются с нулевым сдвигом фаз на втором каскаде МШУ.
Что получится, во многом зависит от сдвига фаз между штырями. Если там лямбда/2, то мы победили - соотношение сигнал/шум улучшится. Если лямбда/4 - убьём сигнал насмерть. Тогда нужно будет пробовать штыри делать Z-образными со сведением или разведеним концов в волноводе, достигая между ними электрической длины лямбда/2.

Вот такие планы

 

[MIUS]

в исполнении китайских товарищей

2 mius
Об облучателе. К сожалению, на частотах в 4-5раз выше геометрические размеры пропорционально уменьшаются и резко увеличиваются требования к точности изготовления.

У меня была идея облучать цилиндрическое зеркало щелевой антеной сделанной из круглого волновода и установленного по оси фокуса. Но к этому ещё вернёмся.

Кусок проволки в исполнении китайских товарищей сложно назвать облучателем..... Да и ребер на днище Я не обнаружил, к сожалению.... Ну да суть не в этом. Этот отрезок всего лишь антенна, так сказать.... Это не резонатор! Или не тот резонатор! Или не такой..... Короче он не 1/2 резонатор и не является резонансным элементом.... Ну не контур это.... Не элемент селекции.... И нет емкости, а значит и параллельного резонанса тоже..... И длинна его может колебаться от 1/4 до 1/4*на нечетное число не кратное 1/2. Хотя и это тоже спорный в некотором плане вопрос..... Ведь существуют же и очень ценятся GP 5/8! Селекция и основное усиление происходит на 2 ПЧ.
По поводу щелевых антенн - в году 1985 попадалась мне брошюра АН УССР с описанием авторского свидетельства на такое изделие. Это, грубо говоря, очень плоская "консервная банка" на лицевой стороне которой прорезаны щели буквой Г в огромном колличестве, да еще закрученные по спирали. В сравнительной характеристике указывалось, что такая антенна диаметром 0.9м имеет к/у в 1.7 раза больше чем параболическая диаметром 1.0м . Так же в вестнике прочитал, что Япония приступила к промышленному изготовлению таких антенн. Называлось сие чудо "Масочно щелевая антенна диаппазона 11Ггц". Более об этом нигде инфы не встречал. Да и японских изделий на рынке не видел..... А жаль....
С Уважением MIUS:big_boss:

 

[странник]

Для шпангоутов цилиндрического зеркала купил лист стиродура - экструдированного (вспененного) полистирола. Приятный материал. В СВЧ печке не греется, значит тангенс угла потерь маленький. Для полистирола 3-4х10^-4, а диэлектрическая проницаемость е=2.49-2.60. Для стиродура нужно будет определить..
А, может, кто знает? поделитесь инфой, а то в голове крутится мысль сделать диэлектрическую линзу толщиной 3см с апертурой 65см для преобразования цилиндрического фронта волны в линейном фокусе основного цилиндрического зеркала в плоский фронт, а затем плоский фронт 65х3см этой же линзой, но имеющей ортогональную цилиндрическую образующую, преобразовать в цилиндрический волновой фронт, ось которого (фазовый центр) будет уже в волноводе конвертера.
Завтра накидаю лучевую схему.
Да, чуть не забыл! Линза будет всередине пирамидального рупора с раскрывом 65х3см, чтобы небыло утечки энергии волны через её плоские грани.

Сейчас только что произвёл эксперимент по оценке диэлектрических свойств стиродура:
высунулся в окно и куском стиродура 36х13х2.7см перекрыл (широкой стороной) волновод конвертера, который принимал в мультифиде Тор.
Сигнал как имел качество 87-91%, так и остался. То есть лист толщиной 2.7см сигнал практически не ослабил.!good!
Тогда я взял другой кусок 32х20х4см и перекрыл им головку. Естественно, перекрылось и зеркало для падающих лучей, плюс затенение от руки...
И что бы вы думали? - качество... увеличилось до 91-96% !!! Иногда выскакивала цифра 97%

Вот вам и танцы с бубнами

 

[странник]

ФАР для облучения цилиндрического зеркала

Вот нашёл конструкцию ФАР с шириной ДН в вертикальной плоскости 70* и всего 1* в горизонтальной. На отдельном фото 12-ти элементная ФАР, один из 8 блоков, которые объединены в 96-ти элементную ФАР.

Такая ФАР идеально подошла бы для проекта Джемини, но... изготовление её проблематично, как и прямая закупка в Пентагоне

 

[странник]

Расчёт цилиндрической антены

...

Продолжаю тему цилиндрической офсетной антены.

Нашёл достаточно полную и ясную информацию по проектированию, расчёту, изготовлению и испытанию таблеточной антены - диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, которая была представлена в Кейптауне Sifiso Busisa Gambahaya в конце 2005г.
Там есть и как расчитать основное зеркало, так и инфа про то, как его облучить. Чертежи, формулы, фотографии, графики и таблицы теоретических расчётов и результатов натурных испытаний - всё, как должно быть в хорошей курсовой работе !good!

Диалапщики! Размер файла 2.7 Мб

 

[странник]

Проект облучателя цилиндрического зеркала

. . .

Вот, думаю в фокусе основного цилиндрического зеркала поставить такой вот облучатель:

1 - лучи цилиндрической волны из фокуса первого зеркала падают на
2 - диэлектрическую линзу, которая преобразует цилиндрический фронт в плоский 65х3см. Эта плоская волна падает на
3 - второе зеркало, которое является офсетной вырезкой параболического цилиндра и фокусируется в раскрыве
4 - рупора, который возбуждает волну с плоским фронтом 3х3см. Через
5 - волноводное колено волна поступает в
6 - волновод сечением 3х3см, в котором мы с ней ещё поработаем, и далее на
7 - конвертер

Если площадь раскрыва первого зеркала 80х65см2, а плотность энергии условно 1, то в поперечном сечении волновода (в идеале) плотность энергии возрастёт в 578 раз. Реально, с учётом КИП и потерь в линзе и волноводе, получим ~ в 5 раз меньше

 

[Cold]

Я опять же извиняюсь, но вот уж воистину - "чем дальше в лес - чем больше дров". Чем выше полёт ваших мыслей, устремлений и замыслов, тем менее понятными они становятся простому "чайнику" и далее от возможности реального практического воплощения. ИМХО.

Нет, суть проекта Джемини - реализовать известные вещи в комплексе, решая проблему повышения соотношения сигнал/шум при минимальных размерах приёмной установки. И при этом применить такие конструкторские и технологические решения, которые бы позволили повторить конструкцию каждому, у кого есть голова и руки, но нет мастерской, СВЧ измерительной техники и неограниченных финансовых возможностей.

Сделать параболический цилиндр, контррефлектор и четыре прямоугольных облучателя для конвертеров, как было нарисовано на вашем эскизе - не такая уже и сложная задача (как мне кажется). Хоть никакого выйгрыша это не даёт (скорее наоборот), по сравнению с тарелкой такой же площади, но вы же объяснили что к конечному варианту установки эта схема никакого отношения не имеет, и этот ход нужен для синфазного облучения конвертеров, чтобы провести эксперименты по синхронизации гетеродинов, согласованию и суммированию сигналов. С этим более-менее понятно. Но вот Кейпдаунская диссертация, диэлектрическая линза и ФАР от Пентагона это уже не понятно. Зачем весь этот геморрой и как он применим к вашему первоначальному замыслу "Джемини" тоже не совсем ясно.

Следующим шагом, при успешном решении этой подзадачи, будет запитка конверторов из одного фокуса с полной поверхности основного зеркала.

И как эту хрень запихать в волновод и разместить в одном фокусе параболлического зеркала?
Возможно что вопросы эти покажутся глупыми, но раз уже все молчат, решился задать их. Да и подозрение имею, что другие не больше меня понимают.....

 

[странник]

2 Cold
Спасибо за хорошие вопросы и внимание к теме
То, что выделено вами в первой цитате остаётся стопудово в силе - Джемини должны быть повторяемы в "домашних" условиях.
Давайте посмотрим на проблему широко - чего мы хочем?
1. Подручными средствами (не готовой тарелкой - она пока не подходит) собрать спутниковый сигнал с большой площади и направить его на два (или несколько) приёмных конверторов.
2. Несколькими конверторами осуществить синфазный (или когерентный) приём и преобразование сигнала в первую ПЧ.
3. Просуммировать сигналы с выходов N конверторов и при этом получить выигрыш если не по всем шумам, то по тепловым уж точно, в корень из N раз, т.е. получить чувствительность установки выше, чем у широкораспространённых, при той же площади приёмной антены.

Теперь решаем эту задачу по частям.
Для экспериментов по 2 пункту мне нужно находиться (причём не в люльке, которая подвешена на уровне 7-го этажа, а комфортно) возле конвертеров и при этом не затенять основное зеркало антены.
У кого-то, может быть, есть возможность во дворе своего дома или на широкой терассе установить обычную офсетку и ковыряться спокойненько в её фокусе.
У меня такой возможности нет, поэтому приходит мысль вернуть вторым рефлектором лучи, которые отражены основным зеркалом, обратно в сторону балкона или комнатного окна. И так, решено, мне нужна двузеркальная антена. Решений известно море - какое выбрать?
Я уже имею опыт изготовления в "домашних" условиях параболического зеркала с высокой кривизной, хорошо себе представляю трудности точного воспроизведения расчётной геометрии, метализации поверхности и т.п., поэтому не хочу классических схем Кассегрейна или Грегори (Григориана). Поэтому останавливаю свой выбор на двузеркальных схемах с прямолинейной образующей, т.к. технологически создать такое зеркало с хорошей геометрией и отражающей способностью просто. В теме уже звучала мысль про выгибание упругого листа на шпангоутах. Ровно обклеить этот лист пищевой фольгой - тоже не проблема. Принимаем на вооружение.

 

[странник]

Про первое и второе зеркало антены

Но ни на секунду не забываем, что велосипед уже давно изобретён. На спутниковых форумах не раз обсуждалась идея самодельных антен и их реализации. И двузеркальные цилиндрические антены из оцинкованого листа были, и громадные монстры из бетона!!! и метала тоже были... Но, увы, как их параметры, так и технологичность изготовления оставляют желать лучшего
Основная ошибка - геометрию установки рассчитывают (причём абсолютно правильно и точно!) по лучевой схеме, которая замечательна для оптики и черевата ошибками на частотах 10.7-12.7ГГц, где пренебрегать длиной волны ~2.7см НИ - ЗЯ ! Если все лучи идеально пересекутся в фокусе, но их фазовый набег будет разным, они просуммируются несинфазно и мы не получим ожидаемого усиления антены. Пока сдвиги фаз не превыщают четверти длины волны, всё не так уж и плохо, но когда они достигают половины длины волны, сигналы начинают суммироваться в противофазе подавляя друг друга.
Я очень уважаю энтузиастов, которые работают в жанре "монументальной живописи", но экстенсивный путь увеличения размеров антен - это путь в никуда...
Поэтому я исхожу из ограниченных возможностей малогабаритной квартиры, пытаясь компенсировать недостаток материального ресурса природной изворотливостью ума: "Голь на выдумку хитра", как говорят русские ardon:

Вернёмся к антене, пока меня не забанили за флуд...

Плоская волна от спутника цилиндрической офсетной вырезкой будет преобразована в круговой цилиндр длиной 65см (я всё время помню о размерах своего окна) и диаметром примерно в длину волны в области фокуса. Теперь эту (уже цилиндрическую, т.е. с фронтом в виде кругового цилиндра) волну нужно сфокусировать в ортогональной плоскости, но фокус (пардон за тавтологию) с цилиндрическим зеркалом второй раз не пройдёт! Во-первых, такое зеркало будет сильно затенять основное зеркало в нижней части его периметра, тем самым резко снижая эффективность всей приёмной установки; во-вторых, цилиндрическое зеркало фокусирует только плоскую волну, а цилиндрическую, но с образующей в ортогональной плоскости - никогда, что уже подтверждено экспериментами с оцинкованными листами в огороде...
Будем проще - возьмём простое плоское зеркало и направим цилиндрический фронт в сторону нижнего среза основного зеркала. Однако прикидки, о которых я говорил в предыдущих постах, к сожалению, говорят о том, что фронт пойдёт ниже, под подоконник. Плохо, но не смертельно. Выход есть, о нём позже.
Сейчас подумаем, что нам делать с цилиндрическим фронтом?
А давайте его сделаем опять плоским! Скажете заболел? Был прекрасный плоский фронт волны от спутника, который прекрасно заглядывал к нам в окно, а теперь делать плоский фронт, но который светит в подоконник?!
Да, но площадь нового фронта будет всего 65х3см, а исходного была 65х80см, т.е. мы сконцентрируем энегрию волны в 27раз (в идеале, без учёта потерь).

Прервусь, чтобы набросать лучевую схему преобразования..

 

[странник]

Про преобразование цилиндрического фронта в плоский

.
Дорисовал на лучевой схеме диэлектрическую линзу. Её назначение - преобразовать круговой цилиндрический фронт с осью в точке F в плоский фронт на линии А В. Для этого нужно, чтобы время пробега волны на отрезке А F равнялось сумме времён пробега на отрезках С D и D F. Поскольку на отрезке С D волна распространяется медленне, чем в воздухе за счёт более высокой диэлектрической проницаемости, то диэлектрическую линзу можно назвать замедляющим элементом. А расчёт профиля цилиндрической линзы определяется величиной диэлектрической проницаемости её материала.

Кстати о птичках... Никто не отозвался на мой пост про стиродур, а жаль. Если его диэлектрическая проницаемость окажется достаточно высокой, линза будет с плоской задней поверхностью, иначе её нужно будет делать двояковыпуклой, чего мне не хочется, т.к. при плоской задней грани линзы с ней можно было бы синтегрировать призьму для поворота плоского фронта в направлении нижнего края первого зеркала

Обратите внимание, что линза стоит за фокусом, её расстояние от второго зеркала стало почти в два раза больше, чем от второго зеркала до рупора на предыдущем варианте. А это позволяет сильнее завалить второе зеркало, уменьшив углы падения лучей (что само по себе хорошо), и поднять линзу на 15 см выше, т.е. подняться над линией подоконника.

Вот теперь, я думаю, мой вчерашний пост про Проект облучателя цилиндрического зеркала, по крайней мере, его цель, станут понятней.

Задавайте вопросы, я попробую объяснить свои туманные и подчас сумбурные мысли
.

 

[странник]

01 - Антенный усилитель для малых парабол

.
В начале темы я писал, что в процессе работы над проектом возникнут идеи, которые могут оказаться полезными для улучшения приSма на стандартные установки. Вот появилась первая из разряда таковых:

01 - АНТЕННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ДЛЯ МАЛЫХ ПАРАБОЛ

У многих владельцев приёмных установок с малыми (50-60-70см) параболами часто возникает желание повысить их коэффициент усиления, чтобы повысить качество и устойчивость приSма, "выловить" слабые транспондеры со спутника (или группировки спутников).
Есть ли альтернатива покупке нового, существенно большего зеркала или дорогущего конвертера с мифическим коеффициентом шума 0.1дБ?
Думаю, что есть. Попробуйте сделать из оцинковки два цилиндрических зеркала с образующей в виде половинки параболы с F/D=0.25 и разместить их так, относительно вашего параболического зеркала, как показано на экскизе - получите выигрыш в усилении почти в два раза !

Успехов

 

[anzeba]

странник лично мне эта идея не очень. ведь надо изготовить две параболы 70 см и 140 см, а не просто два куска оцинковки. их надо собрать в систему и согласовать. ardon: лично мне это будет не подсилу. ardon:
вот как это примерно выглядит. громозко

 

[странник]

.
2 anzeba
Спасибо за фото. Вы снова меня выручили. Я когда-то эту конструкцию в инете видел, но когда нужно было сослаться в посте от 8.11 на этот не совсем удачный опыт в С диапазоне, ничего лучше не придумал, как вспомнить просто двухзеркальные антены из оцинкованного железа.
Автор этой антены молодец: придумал - сделал. Жаль, что на этапе проектирования не учёл, что, кроме того, что все лучи должны пересекаться в фокусе, длина пробега волны по каждому из них от плоского фронта, который падает на первое зеркало, до фокуса должна быть одинаковой. Наверняка из-за неучтённых фазовых набегов и сильного затенения основного зеркала эффективность установки оказалась невысокой... А в Ку диапазоне работоспособность вообще под вопросом. Но человек протоптал дорогу, в том числе и мне с вами, для реализации двухзеркальных цилиндрических антен.

А антенный усилитель совсем не так выглядит !


По поводу того, что для вас антенный усилитель громоздок.
Наверное, он громоздок для многих, а кто-то, возможно, и реализует эту идею в метале... Не обязательно все идеи реализовать всем подряд.

 

[странник]

Про усиление сигнала в волноводе

Последнее дело цитировать самого себя, но

... волна поступает в
6 - волновод сечением 3х3см, в котором мы с ней ещё поработаем ...

Так что же мы собираемся сделать с волной в длинном волноводе?
Мы сконцентрировали энергию волны в плоскости волнового фронта, а теперь попробуем к апертурной антене присоединить антену бегущей волны, у которой энергия волны концентрируется по направлению её распространения, перпендикулярно волновому фронту, т.е. от поверхностной (2D) антены перейдём к объёмной (3D) антене.
Я уже писал в теме про волновой канал, который хорошо известен и любим в народе. Его близким родственником, позволяющим работать с ортогональными поляризациями, является дисковая антена, в которой полуволновые вибраторы выполнены в виде дисков. Это в силу симметрии позволяет использовать вибраторы для произвольно ориентированной поляризации плюс, что очень важно, сделать антену широкополосной.
Вот здесь приводятся данные, которые подтверждают сию мысль: полоса рабочих частот дисковой антены составляет 17% от средней частоты пропускания, что соответствует ширине полосы частот 10.75-12.75ГГц

Вы скажете, что это наружная антена да ещё к тому же для частот в 5 раз меньше. Ничего, главное идея. Геометрию пересчитаем под длину волны в волноводе. До нас это уже успешно делали . Я, правда, не совсем согласен с рассчётами, но практически автор получил усиление сигнала в волноводе 6дБ:

Думаю, такую фишку грешно будет не попробовать в проекте ДЖЕМИНИ

 

[MIUS]

Дааааа......

Слов нет одни буквы в голове.... Классные ссылки. Вот просмотрел и кое что понравилось. Наример:

Вот только как из этого слепить ФАР??? (снимок №1) пока ума не приложу... Ведь парабола даёт только одно пятно.... Да и Пистелькорса лучше заменить на дипполь. Всё таки 75, а не 300 ом. Можно и без согласующей петли обойтись в таком случае.....
Но всё равно очень любопытно. !yea! Особенно конструкции волноволов из разных подручных средств! !yea!
С Уважением MIUS:big_boss:

 

[странник]

Крепление волноводного облучателя с одновременной его влагозащитой - очень красивое конструктивное решение. И хорошо ложится на русскую душу, как всё, что связано с бутылкою...

 

[MIUS]

Еще одно интересное....

Крепление волноводного облучателя с одновременной его влагозащитой - очень красивое конструктивное решение.

А вот еще классная вещь (на мой взгляд) найденная по ссылкам Уважаемого странник'a которую можно реализовать на Си бенде. Создав решетку и загнав в подходящую банку! Причем если учесть распределение поляризаций по транспондерам - позволяет на старой однополярной реализовать левую и правую. Ну а если сделать решетку и загнать в соответствующую банку....! Ну это если при условии, что те кто пробовал похожее на 2,5Гига не врут и у каждой спирали К/У >> 14db ....!!!! Ну а в решетке из двойной такой пары загнанной в соразмерную банку.....!!!!! Ведь проблеммы на Си бенде поболее и у многих в отличее от Ку....

С Уважением MIUS:big_boss:

 

[странник]

Вы стопроцентно правы: всё толковое, чего мы тут нароем, можно будет использовать и на Си диапазоне. В частности, облучатели. Да и изготовление ФАР будет значительно технологически проще, чем в Ку.

По двухспиральной антене. Обе спирали должны быть закручены в одну сторону, иначе будем иметь просто две антены на разные поляризации, только запитанные от одного фидера.
А вот попробовать вставить спираль в спираль через тонкий диэлектрический цилиндр и запитать на один конвертер...
Принципы суперпозиции вроде бы не запрещают. Но вот кросполяризационная развязка при этом прикажет долго жить..
Увы, тут я полный профан. Кроме опыта приSма аналоговых каналов на головку с линейной поляризацией, да которая ещё крутилась по дуге ГО в мультифиде к Ку конвертеру в фокусе моей 0.9м параболы, за душёй в этом диапазоне больше ничего нет :snooks:

 

[MIUS]

Именно потому что.....

По двухспиральной антене. Обе спирали должны быть закручены в одну сторону, иначе будем иметь просто две антены на разные поляризации, только запитанные от одного фидера.

Именно потому что они закручены в разные стороны мне и понравилось.... Ну а если две такие сборки крестиком..... Ну это когда одна пара в горизонтальной плоскости, а вторая в вертикальной? Более правильно - это четыре "пружины", а не две..... Или соединение под 90* в центре чего-то может не так?..... Если такое возможно, тогда и две ФАР получится на две разные поляризации.... Может Я заблуждаюсь?.... Хотя думаю что не очень далеко от истины.... Идея интересная и если учесть К/У и направленность - даже очень мне начинает нравиться. Хуже с восприятием ФАР под линейную поляризацию.... С этим у меня полный застой в голове пока....

С Уважением MIUS :big_boss: