Что такое облучатель
Спутниковая антенна — это зеркало и облучатель в его фокусе. Зеркало собирает волну, а облучатель превращает её в сигнал в волноводе и разделяет на то, что нужно аппаратуре: приём и передачу, две поляризации. От облучателя зависят потери, шумовая температура приёмного тракта, развязка между передатчиком и приёмником и чистота поляризации — то есть всё, что определяет качество спутникового канала.
Облучатель простой приёмной «тарелки» — это рупор со встроенным конвертером. Облучатель приёмопередающей станции — сборка из нескольких узлов, каждый из которых решает свою задачу.
Волна из рупора проходит поляризатор, разделяется OMT по поляризациям, а диплексер разводит приём и передачу по разным трактам.
Из чего состоит
Рупор
Освещает зеркало. Для спутниковых станций берут гофрированные рупоры: симметричная диаграмма и низкая кроссполяризация нужны, чтобы антенна держала развязку поляризаций 30–35 дБ и не мешала соседним спутникам на геостационарной орбите.
Поляризатор
Превращает круговую поляризацию в линейную и обратно. Нужен в системах с круговой поляризацией — многие спутники C- и Ka-диапазонов работают именно на ней. Если спутник передаёт линейно, поляризатор не ставят или используют переключаемую конструкцию.
Селектор поляризации (OMT)
Ортомодовый переход разделяет две ортогональные поляризации на два волноводных порта. Благодаря ему одна антенна одновременно работает на двух поляризациях — вдвое больше каналов на той же частоте.
Диплексер
Разводит передачу и приём, которые идут через одну антенну на разных частотах. Он должен пропустить мощный сигнал передатчика в антенну и не пустить ни его, ни его шум в приёмник.
Спутниковые диапазоны
В каждом диапазоне приём и передача разнесены. Чем больше отношение частот, тем проще развести их фильтрами диплексера. Полосы по моделям каталога:
В C-диапазоне передача примерно в полтора раза выше приёма, в Ku — всего на 20 %: диплексер Ku сложнее.
В Ku-диапазоне передача 13,75–14,5 ГГц отстоит от верха приёма 12,75 ГГц всего на гигагерц — отсюда длинные многорезонаторные фильтры диплексеров Ku. В Ka-диапазоне отношение 1,5 и больше, зато миллиметровые волны требуют точности изготовления до сотых долей миллиметра.
Развязка передатчика и приёмника
Передатчик спутниковой станции — сотни ватт и киловатты, а приёмник рассчитан на сигналы в сотни пиковатт. Диплексеры облучателей каталога дают развязку 85 дБ. Сколько мощности передатчика при этом доходит до входа конвертера:
| Передатчик, Вт | Развязка | Утечка, дБм | Утечка, мВт |
|---|---|---|---|
| 100 | 85 дБ | -35,0 | 0,316 |
| 1000 | 85 дБ | -25,0 | 3,162 |
| 5000 | 85 дБ | -18,0 | 15,811 |
Даже при 85 дБ киловатт передатчика даёт на входе конвертера около −25 дБм — это сильный сигнал для малошумящего усилителя. Поэтому в приёмном плече диплексера стоит фильтр, режущий частоты передачи, а сам конвертер должен выдерживать такой уровень без перегрузки. Не менее важен шум передатчика в полосе приёма: его подавляет фильтр передающего плеча.
Мощность облучателя. Диплексеры C-диапазона каталога рассчитаны на 5 кВт передачи, селектор Ka — на 500 Вт. Мощность смотрите по плечу передачи, а не по разъёму приёма.
Шум передатчика в полосе приёма
Утечка несущей передатчика — половина проблемы. Усилитель мощности шумит во всей своей полосе, в том числе на частотах приёма. Этот шум проходит через антенну и попадает в приёмник через диплексер так же, как полезный сигнал со спутника, — развязка по основной частоте здесь не помогает. Поэтому передающее плечо диплексера содержит фильтр, подавляющий частоты приёма, а на выходе усилителя иногда ставят ещё один режекторный фильтр. Уровень шума передатчика в полосе приёма должен быть ниже собственного шума приёмника, иначе чувствительность станции падает.
Двух- и четырёхпортовые облучатели
Двухпортовый облучатель — один порт передачи и один порт приёма, каждый на своей поляризации. Четырёхпортовый — передача и приём на обеих поляризациях: такие ставят на станциях, которые одновременно работают с несколькими транспондерами или спутниками разной поляризации. Облучатель с переключаемой поляризацией позволяет перейти между линейной и круговой без замены узлов.
Приёмные и двухдиапазонные облучатели
Станции приёма телевидения и данных обходятся без диплексера: облучатель только принимает, и его задача — минимальные потери и хорошая развязка поляризаций. Двухдиапазонные облучатели принимают C и Ku одновременно через одно зеркало: C-диапазон выводится через свой волновод WR229, Ku — через WR75, а поляризация в C переключается между линейной и круговой. Это удобно для телепортов и станций мониторинга, которые работают со спутниками разных диапазонов.
Облучатели для непосредственного телевещания (DBS) совмещают передачу на 17,3–18,4 ГГц и приём на 10,7–12,75 ГГц — для станций, которые поднимают сигнал на спутник и одновременно контролируют его. В Ka-диапазоне облучатели передают на 27,5–31 ГГц и принимают на 17,7–21,2 ГГц; здесь особенно важны малые потери — каждая десятая дБ заметна на фоне затухания в дожде.
Моноимпульсные облучатели
Станциям сопровождения низкоорбитальных спутников нужен не только канал связи, но и точное наведение. Моноимпульсный облучатель, кроме суммарного канала, выдаёт разностные сигналы: по ним система наведения держит спутник точно на оси луча. В каталоге такой облучатель есть для Ka-диапазона.
В каталоге облучатели C-диапазона бывают на две и на четыре порта с развязкой 85 дБ и мощностью 5 кВт, есть исполнение для расширенного C-диапазона 3,4–4,2 ГГц и для полосы 4,5–4,8 / 6,725–7,025 ГГц.
Потери и шумовая температура
Каждая десятая дБ потерь перед конвертером добавляет шум приёмного тракта: при физической температуре 290 К потери 0,1 дБ дают около 7 К шумовой температуры. Для станций с малошумящими конвертерами на 30–50 К это заметно. Поэтому потери приёмного плеча облучателя держат на уровне 0,15–0,4 дБ, а узлы делают из меди или алюминия с серебрением.
Облучатель и зеркало
Рупор облучателя должен осветить зеркало так, чтобы к краю мощность спадала примерно на 10–12 дБ. Это зависит от отношения фокусного расстояния к диаметру зеркала: для короткофокусных зеркал нужен широкий луч облучателя, для длиннофокусных и схем Кассегрена — узкий. Облучатель, рассчитанный на другое зеркало, либо переливает мощность за край и поднимает боковые лепестки, либо недосвечивает зеркало и теряет усиление.
Для миллиметрового диапазона в каталоге есть компактные облучатели двойной круговой поляризации на 26,5–75 ГГц с шириной луча около 57–74° — под короткофокусные зеркала малого диаметра.
Установка и поворот поляризации
Облучатель ставят так, чтобы его фазовый центр совпал с фокусом зеркала: смещение вдоль оси размывает луч, поперёк — отклоняет его. Для линейной поляризации облучатель поворачивают вокруг оси на угол поляризации спутника: он зависит от долготы спутника и места установки. Неточный поворот снижает развязку поляризаций, и соседние транспондеры начинают мешать друг другу. С круговой поляризацией поворачивать облучатель не нужно — одно из её главных преимуществ для подвижных станций.
Герметичность и фланцы
Волноводный тракт облучателя на улице держат сухим: влага увеличивает потери и шум приёма, а в тракте передатчика может вызвать пробой. Поэтому облучатель закрывают радиопрозрачным окном, а тракт герметизируют или продувают сухим воздухом. Фланцы с канавкой под уплотнитель — стандарт для таких трактов, в каталоге они указаны в волноводных интерфейсах диплексеров.
Как проверяют облучатель
На стенде анализатором цепей измеряют потери и КСВН каждого порта и развязку между портами передачи и приёма в обеих полосах. Кроссполяризационную развязку и эллиптичность снимают на антенном полигоне: облучатель облучают рупором известной поляризации и поворачивают. После установки на зеркало проверку повторяют уже всей антенной — по диаграмме и развязке поляризаций.
Типичные ошибки
- Ставят облучатель от зеркала с другим отношением фокуса к диаметру и теряют усиление.
- Не выставляют угол поляризации и получают помехи от соседнего транспондера.
- Путают порты передачи и приёма на четырёхпортовом облучателе.
- Оставляют тракт негерметичным — конденсат увеличивает шум приёма.
- Не учитывают утечку передатчика и перегружают конвертер.
- Забывают про шум передатчика в полосе приёма и теряют чувствительность станции.
Как выбрать облучатель
- Диапазон: C, Ku, Ka или DBS; для C — стандартный или расширенный.
- Режим: только приём или приём и передача; для сопровождения — моноимпульсный.
- Поляризация: линейная, круговая или переключаемая; число портов.
- Развязка передачи и приёма и кроссполяризационная развязка.
- Мощность передачи и потери в приёмном плече.
- Волноводные интерфейсы под конвертеры и усилитель.
- Отношение фокуса к диаметру зеркала — чтобы рупор правильно освещал зеркало.
- Условия: герметичность тракта, обогрев или защита окна от снега.
Модели KADAMM
Облучатели, поляризаторы, OMT и диплексеры — в разделах KADAMM.
| Частоты | 3,4 – 31 ГГц |
| Моделей | 4 |
| Частоты | 3,4 – 31 ГГц |
| Моделей | 14 |
| Частоты | 10,7 – 31 ГГц |
| Моделей | 2 |
| Частоты | 1,76 – 29,1 ГГц |
| Моделей | 14 |