Антенна с круговой поляризацией и ослаблением связи

Антенна с круговой поляризацией и ослаблением связи

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.

Читайте также  Автоматическое включение источников бесперебойного питания

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.

Линейная поляризация и круговая, какая антенна лучше для квадрокоптера

Антенны для квадрокоптеров бывают 3 типов поляризации или простыми словами — 2 форм:

  • Поляризация линейная;
  • Поляризация эллиптическая;
  • Поляризация круговая.
  1. Что такое антенна?
  2. Типы поляризации
  3. Линейная поляризация
  4. Круговая поляризация
  5. Какой тип антенн использовать для квадрокоптера?
  6. Выводы

Что такое антенна?

Антенна — металлическое устройство, способное преобразовывать и отправлять энергию высокочастотного колебания от передатчика во внешнюю среду (радиоволны), а также принимать эти частоты и преобразовывать их в высокочастотные колебания.

В этой статье мы подробно опишем, как они устроены и как работают, а также сделаем выбор в пользу одной из поляризаций, с которой можно без проблем летать на квадрокоптере, не опасаясь, что пропадет сигнал.

Типы поляризации

Линейная поляризация

Линейная поляризация — сигнал колеблется только в одной плоскости и только в одном направлении: вертикально или горизонтально.

Как это выглядит? Схема ниже:

Линейная поляризация. Gif Википедия.

Могу с уверенностью сказать, что вы уже имели дело с антеннами, у которых линейная поляризация. Посмотрите на фото ниже:

Роутер с антеннами линейной поляризации

Видеопередатчик с линейной антенной

Если вы уже собирали квадрокоптер, то наверняка видели в комплекте с видеопередатчиками такие антенны.

По факту это просто кусок провода, и на хороший прием можно особо не рассчитывать. Таким образом, этот тип антенн хорош только при направленном действии, то есть передатчик и приемник должны быть в одном направлении, параллельны.

Круговая поляризация

Круговая поляризация — сигнал колеблется в одном из направлений, в вертикальном или горизонтальном, но при этом описывает окружность. Вращение может быть и в левую сторону, и в правую.

Выглядит это вот так:

Круговая поляризация. Gif Википедия.

Круговая поляризация. Фото Википедия.

А сами антенны — это хорошо знакомые вам «клеверы», или их еще называют «грибовидные» антенны, при условии, конечно, что вы уже собирали сами квадрокоптер или просто уже знаете о видах антенн для дрона:

Клевер, антенна

Строение такой антенны:

Строение антенны «клевер»

Какой тип антенн использовать для квадрокоптера?

Почему не рекомендуется использовать на квадрокоптерах антенны с линейной поляризацией? Все дело в физике. Как уже говорилось выше, линейная поляризация работает в одной плоскости, и чтобы сигнал всегда был сильным, приемник (квадрокоптер) и передатчик (пульт) всегда должны быть параллельны. Но это невозможно из-за специфики полетов дрона. Например, сигнал будет очень плохим, если антенны приемника и передатчика будут под углом 90° друг к другу.

Другое дело с круговой поляризацией, у нее охват гораздо шире, уровень сигнала всегда будет на приемлемом уровне, поэтому все пилоты всегда меняют стандартные антенны на «клевер». На большие дроны-долголеты, которым нужна частота 1.2Ггц, ставят большие клеверы:

Клевер 1.2Ггц

Антенны типа «клевер» бывают с 3 лепестками и 4 лепестками:

Антенна клевер: 3 лепестка и 4 лепестка

Читайте также  Применение адсорбционных подогревных датчиков влажности

Антенна с 4 лепестками обычно используется в качестве принимающей, а 3-лепестковая является универсальной и используется в обоих случаях (прием и отправка).

Общий вид на 3 типа поляризации:

Выводы

Надеемся, мы смогли донести до вас эту информацию в простой форме. И запомните, для квадрокоптеров целесообразно использовать антенны с круговой поляризацией, типа «клевер». Если у вас остались вопросы, задавайте в комментариях.

RCDetails Blog

О коптерах и не только

Антенна с круговой или с линейной поляризацией, что лучше для FPV?

Антенны можно разделить на категории по виду поляризации: линейная или круговая. В этой статье мы подробно рассмотрим различия между этими видами поляризации.

Виды поляризации

Поляризация определяет вид волн в пространстве. Этот термин очень часто употребляется при обсуждении FPV оборудования.

Линейная поляризация

В этом случае сигнал колеблется горизонтально или вертикально, но только в одной плоскости.

Большинство простых антенн дают линейную поляризацию сигнала: например, стоковые диполи (в комплекте с видео передатчиками и приемниками), или даже домашний Wifi.

Достоинства и недостатки линейной поляризации

Антенны линейной поляризации очень широко распространены благодаря простоте конструкции, что в самом примитивном виде дает просто кусок провода. Эти антенны имеют малый размер, низкую цену, их легко ремонтировать и собирать.

В общем и целом, линейная поляризация отлично подходит для больших расстояний, т.к. вся энергия будет сосредоточена в одной плоскости. Это преимущество не всегда проявляется из-за многолучевого распространения сигнала (многократные переотражения сигнала), но это мы обсудим чуть позже.

Для того чтобы получить максимальный уровень сигнала, антенны приемника и передатчика должны быть расположены параллельно (для максимального перекрытия излучения.

В самом крайнем случае, когда антенна приемника и антенна передатчика расположены под углом 90 градусов друг относительно друга — получаем наименьший уровень сигнала. Результат — потери сигнала в 30 дБ, это кросс поляризация.

Наши коптеры постоянно перемещаются в небе, поэтому невозможно держать антенны параллельно друг другу, следовательно, прием FPV сигнала будет не стабильным.

Круговая поляризация

При круговой поляризации сигнал распространяется в обоих плоскостях (в вертикальной и горизонтальной) со сдвигом фазы на 90 градусов, представить можно в виде штопора.

Посмотрим на наиболее часто используемые антенны для FPV.

Четырехлепестковый клевер (Skew-Planar Wheel antenna) — антенна круговой поляризации, имеет отличную устойчивость к отраженным сигналам. Обычно она используется там, где аэродинамическое сопротивление не критично. Как правило это антенна на приемнике, хотя и на передатчик ее тоже можно поставить.

Трехлепестковый клевер (The Cloverleaf antenna) — обычно используется на передатчиках. Можно комбинировать с четырехлепестковым клевером для увеличения радиуса приема и увеличения качества сигнала.

Достоинства и недостатки круговой поляризации

Сигнал с круговой поляризацией всегда попадает на антенну, т.е. вне зависимости от угла между антенной на квадрике и на приемнике. Именно поэтому антенны с круговой поляризацией — стандарт для FPV.

Еще одно достоинство антенн с круговой поляризацией — это возможность отсекать отраженный сигнал.

Многолучевое распространение сигнала — одна из главных причин плохого качества видео (изменение цвета, помехи, скрэмблированное изображение, двоение и т.п.). Так бывает, когда сигнал отражается от объектов и приходит с другой фазой, при этом смешиваясь с основным сигналом.

Круговая поляризация бывает, как левой (LHCP), так и правой (RHCP). На передатчике и приемнике должны быть антенны с одним и тем же направлением, иначе будет очень сильная потеря сигнала.

Круговая поляризация хорошо защищает от переотраженных сигналов, потому что, когда сигнал отражается от объекта, меняется направление поляризации. Т.е. антенна LHCP отсекает RHCP сигнал и наоборот (кросс поляризация).

Теория радиоволн: антенны

Помимо свойств радиоволн, необходимо тщательно подбирать антенны, для достижения максимальных показателей при приеме/передаче сигнала.
Давайте ближе познакомимся с различными типами антенн и их предназначением.

Антенны — преобразуют энергию высокочастотного колебания от передатчика в электромагнитную волну, способную распространяться в пространстве. Или в случае приема, производит обратное преобразование — электромагнитную волну, в ВЧ колебания.

Диаграмма направленности — графическое представление коэффициента усиления антенны, в зависимости от ориентации антенны в пространстве.

Антенны
Симметричный вибратор

В простейшем случае состоит из двух токопроводящих отрезков, каждый из которых равен 1/4 длины волны.

Широко применяется для приема телевизионных передач, как самостоятельно, так и в составе комбинированных антенн.
Так, к примеру, если диапазон метровых волн телепередач проходит через отметку 200 МГц, то длина волны будет равна 1,5 м.
Каждый отрезок симметричного вибратора будет равен 0,375 метра.

Диаграмма направленности симметричного вибратора

В идеальных условиях, диаграмма направленности горизонтальной плоскости, представляет собой вытянутую восьмерку, расположенную перпендикулярно антенне. В вертикальной плоскости, диаграмма представляет собой окружность.
В реальных условиях, на горизонтальной диаграмме присутствуют четыре небольших лепестка, расположенных под углом 90 градусов друг к другу.
Из диаграммы можем сделать вывод о том, как располагать антенну, для достижения максимального усиления.

В случае не правильно подобранной длины вибратора, диаграмма направленности примет следующий вид:

Основное применение, в диапазонах коротких, метровых и дециметровых волн.

Несимметричный вибратор

Или попросту штыревая антенна, представляет из себя «половину» симметричного вибратора, установленного вертикально.
В качестве длины вибратора, применяют 1, 1/2 или 1/4 длины волны.

Диаграмма направленности следующая:

Представляет собой рассеченную вдоль «восьмерку». За счет того, что вторая половина «восьмерки» поглощается землей, коэффициент направленного действия у несимметричного вибратора в два раза больше, чем у симметричного, за счет того, что вся мощность излучается в более узком направлении.
Основное применение, в диапазонах ДВ, КВ, СВ, активно устанавливаются в качестве антенн на транспорте.

Наклонная V-образная

Конструкция не жесткая, собирается путем растягивания токопроводящих элемементов на кольях.
Имеет смещение диаграммы направленности в стороны противоположную острию буквы V

Применяется для связи в КВ диапазоне. Является штатной антенной военных радиостанций.

Антенна бегущей волны

Также имеет название — антенна наклонный луч.

Представляет из себя наклонную растяжку, длина которой в несколько раз больше длины волны. Высота подвеса антенны от 1 до 5 метров, в зависимости от диапазона работы.
Диаграмма направленности имеет ярко выраженный направленный лепесток, что говорит о хорошем усилении антенны.

Широко применяется в военных радиостанциях в КВ диапазоне.
В развернутом и свернутом состоянии выглядит так:

Антенна волновой канал


Здесь: 1 — фидер, 2 — рефлектор, 3 — директоры, 4 — активный вибратор.

Антенна с параллельными вибраторами и директорами, близкими к 0,5 длины волны, расположенными вдоль линии максимального излучения. Вибратор — активный, к нему подводятся ВЧ колебания, в директорах, наводятся ВЧ токи за счет поглощения ЭМ волны. Расстояние между рифлектором и директорами подпирается таким образом, чтобы при совпадении фаз ВЧ токов образовывался эффект бегущей волны.

За счет такой конструкции, антенна имеет явную направленность:

Рамочная антенна

Применяется для приема ТВ программ дециметрового диапазона.

Как разновидность — рамочная антенна с рефлектором:

Логопериодическая антенна

Свойства усиления большинства антенн сильно меняются в зависимости от длины волны. Одной из антенн, с постоянной диаграммой направленности на разных частотах, является ЛПА.

Отношение максимальной к минимальной длине волн для таких антенн превышает 10 — это довольно высокий коэффициент.
Такой эффект достигается применением разных по длине вибраторов, закрепленных на параллельных несущих.
Диаграмма направленности следующая:

Активно применяется в сотовой связи при строительстве репитеров, используя способность антенн, принимать сигналы сразу в нескольких частотных диапазонах: 900, 1800 и 2100 МГц.

Поляризация

Поляризация — это направленность вектора электрической составляющей электромагнитной волны в пространстве.
Различают: вертикальную, горизонтальную и круговую поляризацию.


Поляризация зависит от типа антенны и ее расположения.
К примеру, вертикально расположенный несимметричный вибратор, дает вертикальную поляризацию, а горизонтально расположенный — горизонтальную.

Антенны горизонтальной поляризации дают больший эффект, т.к. природные и индустриальные помехи, имеют в основном вертикальную поляризацию.
Горизонтально поляризованные волны, отражаются от препятствий менее интенсивно, чем вертикально.
При распространении вертикально поляризованных волн, земная поверхность поглощает на 25% меньше их энергии.

Читайте также  Управляющая программа высокого уровня

При прохождении ионосферы, происходит вращение плоскости поляризации, как следствие, на приемной стороне не совпадает вектор поляризации и КПД приемной части падает. Для решения проблемы, применяют круговую поляризацию.

Все эти факторы факторы следует учитывать при расчете радиолиний с максимальной эффективностью.

Устройство и схемотехника спутникового приемного комплекта. Часть 3 — Поляризатор и деполяризатор

Глава 1 из книги C. Л. Корякина-Черняка «Справочник по ремонту и настройке спутникового оборудования»

Продолжение

Начало читайте здесь:

Заказать книгу можно в интернет-магазине издательства

1.5. Поляризатор и деполяризатор

Поляризация электромагнитных волн

Различают два вида поляризации электромагнитных волн:

Можно сказать, что в конвертере имеется две антенны, каждая из которых принимает сигнал только одно поляризации: либо вертикальную, либо горизонтальную (рис. 1.23).

Если прием осуществляется более на Восток или на Запад, то из-за кривизны поверхности Земли плоскость поляризации больше наклонена относительно ее поверхности.

В соответствии с этим поляризатор размешается под большим или меньшим углом к поверхности Земли. Причины необходимости подстройки конвертера в зависимости от географического положения приемной антенны показаны на рис. 1.24.

Особенности выбора вещателем поляризации

Если внимательно посмотреть на таблицы спутниковых каналов, окажется:

Может последовать логичный вопрос: есть ли конкретная причина, почему поляризации были распределены таким образом? Причина на самом деле существует. Но необходимо сказать пару слов о поляризации в целом, и вспомнить школьный курс физики.

Электромагнитная волна состоит из электрической и магнитной составляющих. Они всегда возникают одновременно. Вектор электрического поля перпендикулярен вектору поля магнитного, и оба они перпендикулярны направлению распространения волны (рис. 1.25).

Рис. 1.25. Проекция электромагнитной волны

Если между электрическим и магнитным векторами не существует сдвига фазы, то это линейная поляризация. Вертикальной или горизонтальной она называется в зависимости от ориентации электрического вектора по отношению к плоскости экватора.

Сдвиг на 90° (положительный или отрицательный) означает, что когда электрическое поле достигает максимума, магнитное поле равно нулю, или наоборот.

В зависимости от знака перед 90°, поляризация будет правой круговой или левой круговой.

Исходя из вышеизложенного материала, напрашивается простой вывод: намного проще выпустить качественный конвертер для линейной поляризации, чем для круговой поляризации.

Одним из известных недостатков линейной поляризации можно назвать необходимость точной подстройки угла крепления конвертера в зависимости от географического местоположения приемной антенны. В случае с круговой поляризацией никакой подстройки конвертера не требуется – достаточно установить его в фокус антенны.

Менее известна, но гораздо более значима чувствительность сигналов с линейной поляризацией к ротации Фарадея, вызываемой магнитным полем Земли.

Однако, эффект Фарадея значительно уменьшается с ростом частоты, и поэтому в отличие от C-диапазона, в Ku-диапазоне практически незаметен. Именно поэтому использование линейной поляризации в C-диапазоне можно назвать рискованным.

Значимость данного фактора возрастает многократно при необходимости обеспечить сигналом территории, находящиеся вблизи магнитных полюсов Земли. Вещатели выбирают сами, какую территорию они хотят покрыть своим сигналом.

Уже отмечалось, что C-диапазон менее чувствителен к осадкам, в отличие от Ku-диапазона. А поскольку, наоборот, C-диапазон более чувствителен к эффекту Фарадея, круговая поляризация представляется лучшим вариантом (по материалам статей с интересного сайта http://www.pskovsat.ru/).

Устройство и работа поляризатора

Т. е. поляризатор является устройством, которое обеспечивает выбор необходимого вида поляризации принимаемой радиоволны (рис. 1.26).

При сборке производителю важно обеспечить герметичность соединения. Так, например, резиновые прокладки должны точно располагаться в металлических пазах и не иметь перекосов.

В ходе развития спутникового оборудования создавались различные поляризаторы, отличающиеся по принципу действия:

  • механические, в состав которых входили петлеподобный или штыревой проводник (элемент связи с электрическим трактом конвертера) и исполнительный механизм;
  • поляризаторы с магнитным управлением, которые позволяли плавно изменять плоскость поляризации;
  • электромеханические поляризаторы, в которых поляризационный зонд передвигался механизмом. Для управления этим механизмом к поляризатору посылалась последовательность импульсов, длина которых несла информацию о требуемом положении поляризатора.

Этап 1. Сначала рассмотрим механический поляризатор. В его состав входит элемент связи с электрическим трактом конвертера (петлеподобный или штыревой проводник) и исполнительный механизм (рис. 1.27). Элемент связи, как антенна, входит в электромагнитное поле волновода и преобразует его энергию в электрический ток.

Для того чтобы в элементе связи развивалась максимальная электродвижущая сила, которая в его проводнике создает наибольшее электрическое поле, необходимо придать зонду такое же положение, как и излучателю антенны на спутнике. Соответственно, приемная система должна отделять сигналы одной поляризации от другой и принимать их отдельно.

Рис. 1.27. Структурная схема механического поляризатора

В механических поляризаторах переход с одной поляризации на другую осуществляется повышением напряжения питания от 13 В (V поляризация) до 18 В (Н поляризация). Система с переключением позволяет получать два фиксированных значения поляризации, выбор которой происходит механическим перемещением – поворотом вокруг своей оси элемента связи с помощью шагового электродвигателя.

Этап 2. Рассмотрим электромеханические поляризаторы. В них плоскость поляризации меняется с небольшим шагом дискретизации. Но из-за наличия движущихся частей электромеханические поляризаторы менее надежны, чем магнитные, которые будут рассмотрены далее. Кроме того, электромеханические поляризаторы требуют трех управляющих сигналов от ресивера, в то время как магнитным поляризаторам нужны только два управляющих сигнала.

Преимуществом же электромеханических поляризаторов перед магнитными являются несколько меньшие потери сигнала. Сейчас электромеханические поляризаторы используются в основном в С/Ku-роторах.

Этап 3. Рассмотрим поляризатор с магнитным управлением (рис. 1.28). В нем выбор поляризации осуществляется изменением величины тока в катушке, намотанной на ферритовый сердечник.

Надежность такого поляризатора выше, так как отсутствуют подвижные механические детали. К тому же, поляризаторы с токовым управлением позволяют выполнять плавную подстройку поляризации.

Если прием осуществляется более на Восток или на Запад, то из-за кривизны поверхности Земли плоскость поляризации больше наклонена относительно ее поверхности.

Подобная проблема возникает в том случае, если антенну устанавливают с позиционированием на несколько спутников. Для каждого ИСЗ угол наклона свой, поэтому и необходима плавная токовая подстройка поляризации. Для каждого спутника выбирают свое значение управляющего тока и угол наклона плоскости поляризации к горизонту.

Устройство и работа деполяризатора

На европейских спутниках в основном используется линейная поляризация, а на российских спутниках традиционно используется круговая поляризация. Поэтому возникает необходимость преобразования круговой поляризации в линейную. Для приема круговых волн перед поляризатором устанавливают деполяризатор.

Деполяризатор, преобразующий один вид поляризации поля в волноводе круглого сечения в другой, представлен на рис. 1.29. Это отрезок волновода, в котором имеются продольные неоднородности в виде диэлектрических пластин (материал тефлон или др.) и металлических стержней (Н или V).

Это и есть поляризатор 3.14/2. Если в такой поляризатор поступает поле с круговой поляризацией, то оно преобразуется в поле с линейной поляризацией. В зависимости от положения диэлектрической пластины и штырей в волноводе осуществляется преобразование круговой поляризации в вертикальную или горизонтальную. Так, деполяризатор преобразует круговую поляризацию в линейную.
Это устройство представляет собой пластину из тефлона, текстолита стеклотекстолита, фторопласта, стекла или другого диэлектрического материала. Устанавливают пластину в облучатель на определенном расстоянии от антенн конвертера, под углом 45 градусов между ними (рис. 1.30).

а) б)

Рис. 1.30. Конвертеры с установленным деполяризатором:
a – C-диапазона; б – Ku-диапазона

Пластина может быть выполнена или из монолитного материала, или в виде решетки, вытравленной из фольгированного стеклотекстолита (рис. 1.31). Как утверждают разработчики этого изделия, благодаря такой форме и конструкции, увеличивается качество принимаемого сигнала (качество деполяризации сигнала) при приеме круговой поляризации сигналов С-диапазона.

В этом случае будет иметь место проигрыш 3 дБ в уровне кругового сигнала, что соответствует увеличению требуемого диаметра антенны в 1.4 раза.

Продолжение читайте здесь