Тема этой мини-лекции наверняка более понятна чем все предыдущие. Те, в которых мы говорили об апертурных антеннах. И всё потому, что многие видели эти антенны вживую. Кто-то даже держит её в доме (вместо кошки или собаки?!). Ещё реже те кто что-то соображает и сам участвует в настройке всей это спутниковой лабуды... Итак, поговорим о ЗЕРКАЛЬНЫХ антеннах. Как и у всех апертурных, излучение на передачу и на приём первую скрипку играет та самая АПЕРТУРА. Нам же остаётся только создать эту апертуру (в смысле с нуля!). Зеркало, как Вы уже поняли с самого детства должно что-то там отражать! Точнее световые лучи. А так как они, лучи есть электромагнитные колебания распространяющиеся со скоростью света (правда не всегда), то мы имеем дело с волнами! И это уже не просто отражение мяча от стены, но и гораздо сложнее.
По сути зеркало играет такую же роль как линза. Превращая фронт облучателя в прямой, плоский, что и предопределяет узкую ДН, диаграмму направленности. Чтобы зеркало то, домашнее было зеркалом нужно, что? Правильно, тщательная обработка основы (стекла или чего-нибудь?!). А тщательная, это скока? А, это значит, что все неровности (куда же без них?) должны быть размером не более (лучше меньше) чем четверть самой короткой волны. А, это самая высокая частота нашего видимого света (цвета), фиолетового. Те же условия реализуются и в наших зеркальных антеннах. Не только неровности интересуют нас но и «дырявость» антенн. В том смысле, что и какие-то отверстия могут сыграть свою негативную роль! Здесь правила всё те же! Отверстия должны быть не более всё той же четверти длины волны! Так, что не удивляйтесь «дырявым» антеннам. Это не кровавые бандитские разборки, а точный расчёт! Это и вес вообще и ветровые нагрузки в частности. О величине дыр Вы можете судить о длине волн на которых и работают наши антенны. А некоторые антенны более похожи на штакетник чем на зеркало?!
Налейте в свой тазик с крутыми краями воды по самые-самые края. Вот после того как вода угомонится... Поверхность воды и есть та самая АПЕРТУРА Вашего тазика (как бы антенны). И чем больше площадь апертуры тем выше кпд антенны как на передачу, так и на приём! Так, что если Вы когда-нибудь столкнётесь с какими либо документами касающимися выбора диаметра (площади) зеркальных антенн... То выбор ориентируется на силу сигнала в данной (Вашей местности)! Как в выборе конфигурации линзы (в линзовых антеннах), так и в зеркальных тоже, тот же вопрос!
Итак, зеркальная антенна, это всего лишь зеркало и облучатель. А всё остальное только арматура для постоянного крепления либо целая система для непрерывного поворота антенны. Вот такие поворотные Вы и видите на рис.9,10,11. На рис.10, судя по цвету военная РЛС с двумя «дырявыми» антенными-зеркалами. То, что Вы видите издалека это только основа. А, вблизи сетка-рабица :-)). На рис.9 антенна спутниковой станции «Орбита» в городе Хабаровск на берегу Амура, ныне разрушенная. Она поворотная, так-как ей (антенне) приходится гоняться за спутником. На рис.7 чертёжик цилиндрической антенна, а на рис.11 сам цилиндр, цилиндрическая зеркальная антенна радиоастрономической обсерватории в Пущено-на Оке! Это примерно в 16-17 км. от Серпухова. Да, издалека она кажется «пустой», но это обманчиво! Там всё нормально. Размеры впечатляют, 1 км. вдаль...
В силу ряда причин зеркальные антенны бывают как однозеркальные, так и двухзеркальные. Подробнее (с картинками) это здесь: http://proza.ru/2019/02/16/1398 «Мини-лекция. Радиоастрономия. Рефлекторы.» Да, рефлекторы. Так иногда называют зеркальные антенны. Помните свой фонарик детства с рефлектором?!
На рис.1 схема классической зеркальной антенны. Такая схема реализовалась ещё в тридцатые годы пионером радиотелескопостроения Гротом Рёбером. Да, его «тарелка» плюс, так и выглядела. С развитием радиоастрономии такая схема стала неудобной и тогда... Тогда и появились двухзеркальные, двухвариантные. Они отличались формой вторичного зеркала. Это гиперболическое в системе Кассегрена, рис.2 и эллиптическая в системе Грегори, рис.3. По принципу оптических зеркал-рефлекторов наши зеркала тоже бывают короткофокусные и длиннофокусные. Согласно схеме рис.1, если h>f зеркало короткофокусное. Если наоборот h
Зеркало в виде «тарелки» на некоторых домах не всегда нужно и интересно. Так на рис.10 от «тарелки» осталась только середина, причём от обеих зеркал. И такая «тарелка» называется симметрично-усечённой. Иногда появляется необходимость создать антенну с особой диаграммой направленности и как следствие обрезка зеркала может быть более экзотичной. Так обрезанное зеркало и объединённая с рупором родило рупоропараболическую антенну, применяемую в радиорелейных станциях. Кстати, на рис.4 показана такая радиорелейка. Правда это можно отнести к 60-70 годам. Здесь 4-1 рупорный облучатель, 4-2 параболоид, 4-3 плоское зеркало служит для поворота фронта волны под 90°. Такая система называется перископной. Догадываюсь, что сейчас несколько иной принцип, но это сейчас, а тогда? Кто в те времена катался по железке могли такие мачты релейки видеть на некоторых станциях. Да, мачты-то может и остались, а вот такие «тарелки», скорее всего нет?!
Немного о «тарелках» которые нам (Вам) ближе и дороже. Это спутниковые антенны. Это в 60-70 годы были большие антенны и станции для приёма сигналов со спутников мотающихся по высокоорбитальным траекториям, система «Орбита». В то время у людей (телезрителей) голова по поводу приёма не болела вообще. Теперь болит! Приём-то на современном уровне идёт с геостанционарных спутников. В смысле они крутятся с угловой скоростью вращения земли. Для нас с Вами они просто висят над экватором. И теперь у всех желающих (почти) может появиться «тарелка» и тд! Вот на рис.5 она и есть. Да, она однозеркальная как и на рис.10. Облучатель торчит перед тарелкой. Точнее не только облучатель и ещё кое-что?! А кое-что и есть КОНВЕРТЕР. Один из вариантов Вы и видите на рис.6b. Кругляшка облучатель, а коробочка слева тот самый конвертер. И чего это он там конвертирует? Сигнал со спутника приходит на очень высоких частотах. Чтобы уменьшить потери на дорогу до дома её, частоту путём преобразования снижают до тех частот на которых работают телевизоры (специальные спутниковые приёмники, — ресиверы) и только потом...
Если не вертеть антенну, то та, что на рис.5 принимает сигналы только с одного спутника, скажем с триколорного!? Но сейчас спутников развелось как кошек помоечных... Одна толкотня... В смысле мы можем принимать уже несколько спутников! Но как, если они хоть и близко но всё равно расползлись по орбите. Да, существуют системы поворота, но это особый случай, и? И пошли другим путём.
Облучатели располагают не по центру тарелки, а слегка в стороне. Вот на рис.6 чертёжик антенны со смещённым на сторону облучателем. И тут же показана ДН, диаграмма направленности косящая налево! Перемещая облучатель, мы перемещаем ДН относительно неподвижной тарелки. А, если взять скажем три облучателя, то можно смотреть три спутника на рис.6а два варианта и ходы лучей. Для облучателя по центру и другой сбоку. На рис.8 Фрагмент тарелки с тремя облучателями-конверторами. А, что это за магические цифры с буквой Е? Это три местоположения трёх спутников. Как Вы уже догадались что во время движения спутника он висит над экватором. А, относительно земли кроме того над определённым меридианом со своими градусами и долготой! Магическая цыфорка 90Е, это меридиан 90° восточной долготы. Данный меридиан проходит прямо по Сибири. Если Вам интересно, то это спутники с погонялом: 90Е, «Ямал 102» (300К 401); 85Е, «Интелсат 15» («Горизонт 2»); 75Е, «LMI1» (ABS-1, ABS-2, ABS-1B).
С этими спутниками одна морока! По непонятным мне причинам в разных источниках вот такая неразбериха! Меридиан 90Е проходит грубо между Томском и Красноярском. 85Е прямо через Томск, а 75Е восточнее Омска. Так, что хозяин тарелки из интернета откуда-то из Сибири?! Хотя это вовсе необязательно. Всё ведь зависит от ДН спутников, силы сигнала и размеров «тарелки»! А, ещё от широты приёма! Потому как чем дальше от экватора, тем? Тем слабее сигнал вообще и от угла направления ДН на спутник относительно горизонта в частности. Покатайтесь на панораме скажем в Мурманске. Много ли Вы увидите «тарелок» на обычных домах? В то самое время как в южных городах на многоэтажках гроздями висят! Даже у нас, на северо-западе, на некоторых домах по десять-двадцать!
Вот пожалуй и всё об апертурных антеннах вообще и зеркальных в частности.