Предложенный технический способ настройки основан на применении простых законов механики и относительно точных измерительных инструментов. Без применения дополнительного оборудования настроить офсетную полярную антенну подобным способом гораздо сложнее, чем прямофокусную. Но если частично скомбинировать технический и классический способы, то настройку офсетной полярной антенны можно существенно упростить. Об этом в конце статьи.
Спутниковый телеприём осуществляю с 1994 года. Одна фиксированная антенна сразу же не оправдала себя. Сначала, из чистого интереса, устанавливал точные направления по шкалам на все видимые антенной спутники, предварительно вычислив необходимые углы. Потом, когда пришлось настраивать свою полярную антенну, этот опыт "быстрых" перенастроек мне очень пригодился. Использование увеличенных градусных шкал в процессе многочисленных опытов натолкнуло на мысль, что и полярную антенну можно настраивать аналогичным образом. Постепенно я разработал такую инструкцию по настройке полярной прямофокусной антенны, при примении которой нет необходимости использовать спутниковые сигналы. В 2000 году я отослал первый вариант своей статьи в редакцию журнала «Теле-спутник», надеясь что она будет опубликована, но, к сожалению, никакого ответа я не получил. За прошедшее время я ни раз вносил изменения в статью, дорабатывая и улучшая её общее восприятие. Хочется надеяться, что сейчас мои советы окажутся полезными для тех, кто пожелает самостоятельно настроить свою полярную антенну.
Почему так трудно настроить антенну?
Тот, кто сам настраивал полярную антенну классическим способом – "по солнцу" и спутникам, знает насколько трудна эта процедура для новичка. В форумах по спутниковому телевидению часто задаётся такой вопрос: «просидел весь день на крыше, но так и не настроил антенну – помогите». Существуют различные рекомендации по настройке таких антенн, но они весьма абстрактны с технической точки зрения. И с этим нельзя не согласиться. Все предлагаемые советы отражают лишь поверхностное описание неких общих принципов по проведению настроечных работ. А ведь приступая к настройке сложной механической системы, к которой можно отнести и полярный антенный комплекс, требуется как наличие чёткой инструкции, так и присутствие точных инструментов для настройки. Так, например, в схожей ситуации любителю астрономии, прежде чем начинать наблюдения в телескоп, также необходимо сначала осуществить его настройку. То есть, установить необходимый наклон полярной оси и совместить полярную плоскость с плоскостью, проходящей по линии север-юг в данной точке местности. Для этого любителю предложена чёткая инструкция и необходимый инструмент настройки – градусная шкала.
Продавая более сложный в настройке "полярный" антенный механизм, производители антенн лишили любителей "наблюдения" за спутниками как настроечных инструментов, так и чёткой инструкции.
Основные требования к конструкции антенны. Общее описание и сравнение двух способов настройки: общепринятого – по сигналам от спутников и технического – по виртуальным спутниковым позициям.
Начиная настройку "полярки" любым способом, необходимо запомнить простое правило – чем больший сектор обзора требуется установить на антенне, тем аккуратней должны быть собственные действия при производстве настроечных работ. Конструкция антенны должна также отвечать определённым техническим требованиям при любом способе настройки.
Обозначим их.
1. Так как весь антенный комплекс имеет немалый вес и большую парусность, необходимо уделить особое внимание тому, чтобы опора крепления антенны была прочно установлена. От качества этой установки зависит то, как долго антенна сможет точно отслеживать геостационарную дугу. Постоянное воздействие ветра на антенну может ослабить крепление опоры. Если труба немного сместится от строго вертикального положения, то одновременно с этим уменьшится сектор обзора антенны, или она вообще может перестать работать.
2. Поворотный механизм антенны должен иметь точные элементы сопряжения с так называемым стаканом крепления подвески к верхней опоре трубы. То есть , в момент установки стакана на вертикальную опору у антенной поворотной оси должен отсутствовать наклон в любую из сторон по линии запад-восток. Наклон этой оси при настройке должен осуществляться только по линии север-юг. При этом поворотная ось антенны должна находится в плоскости, которая проходит по-линии север-юг вертикально к центру Земли. В этом случае ось вращения Земли также окажется в этой плоскости. Примечание. Из-за того что поворотная ось антенны направлена на Полярную звезду, точно так же как и ось вращения Земли, ей дано название – полярная. Плоскость, проходящая через полярную ось антенны по линии север-юг к центру Земли, имеет идентичное название – полярная плоскость антенны.
3. На поворотной оси антенны должен отсутствовать радиальный люфт. Если сразу не устранить его, то качественно настроить такую антенну практически невозможно. Наличие люфта определить нетрудно. Для этого необходимо покачать эту ось из стороны в сторону радиально от центра к центру, предварительно отсоединив актуатор ( мотор ). Слабый стук укажет на наличие зазора между втулкой и полярной осью антенны.
4. Недопустима деформация и изогнутость краёв зеркала параболоида. Эти повреждения ведут к снижению усиления поступающего сигнала. Кроме того, наличие деформации на краях зеркала нарушит точность измерения углов места при настройке антенны техническим способом. Наличие искривления плоскости края зеркала – появление так называемой восьмёрки, легко проверить, если натянуть несколько нитей крест-накрест на края параболоида. Пересечение их в одной точке укажет, что зеркало не деформировано.
5. При любом способе настройки требуется правильно установить конвертер на антенне. При техническом способе ( её первый этап ), вместо направления антенны на спутниковый сигнал, используется её виртуальное направление на спутниковую позицию с применением градусной шкалы, которая в свою очередь согласована с направлением оптической оси параболоида. Ось облучателя конвертера, должна быть установлена максимально точно на линии оптической оси параболоида. Если же конвертер будет повёрнут чуть в бок по отношению к оптической оси, например, на один градус, то на такую же величину сместится максимум диаграммы направленности антенны. А это недопустимо! Технически антенна будет настроена правильно. Но во время второго этапа настройки полярная плоскость и линия север-юг будут совмещены с ошибкой. Произойдёт это потому, что при техническом способе настройки точное совмещение плоскостей производится с использованием конвертера и спутникового сигнала, а не тени от Солнца, как это делается при классическом способе. Неправильно установленный конвертер не позволит точно совместить полярную плоскость с линией север-юг. Из-за этого у антенны существенно уменьшится сектор обзора.
Другими словами, дуга, описываемая осью параболоида, не полностью совместится с геостационарной дугой, на которой располагаются спутники.
Возникшую ситуацию можно визуально представить как две полуокружности, горизонтально разнесённые чуть в стороны, одна из которых - отражение геостационарной дуги, а вторая – описываемая лучём парабола. Пока они в верхней части накладываются друг на друга, приём будет возможен. Но в местах, где эти полуокружности расходятся, диаграмма направленности антенны не сможет захватить сигнал от спутника.
Таким образом, ширина просматриваемого сектора обзора будет ограничена двумя точками расхождения ( рис. 1 ). Замечу, что из-за небрежного совмещения полярной плоскости антенны с линией север-юг, можно получить такую же ошибку, которая показана на рис. 1. Конвертер же здесь будет не причём.
Чем отличаются друг от друга оба способа?
При классической настройке, из-за невозможности применения точных измерительных инструментов на антенне, все работы и, в частности, совмещение полярной плоскости с плоскостью, проходящей по-линии север-юг, производятся неконтролируемо, на глазок, например, "по солнцу", то есть в момент наступления истинного полудня в точке установки антенны. Требования же здесь очень жёсткие. Ошибка при совмещении плоскостей не должна превышать даже нескольких долей градуса! При классическом способе правильное совмещение поворотной оси и линии север-юг является важнейшим элементом первоначальной настройки, но отсутствие измерительных инструментов существенно усложняет эту операцию. Ведь прежде надо с точностью до двух минут вычислить наступление истинного полудня в точке приёма, а затем правильно сориентировать полярную плоскость подвески на эту линию. Если же совмещение плоскостей установлено с ошибкой, то дальнейшая настройка антенны окажется архисложной. Почему? Эта погрешность не позволит быстро и качественно осуществить другие настройки, так как они напрямую зависят от точности выполнения первой. Таким образом, возникает некий замкнутый круг, преодолеть который для новичка очень и очень трудно. И это при том, что выставлять наклон полярной оси и дополнительное склонение параболоида приходится также без возможности отслеживания и контроля за собственными действиями. К этому ещё можно добавить то, что все настроечные работы приходится производить одновременно в трёх плоскостях и по принципу "лучше-хуже", то есть снова на глазок – по появлению сигналов изображения на экране. Ясно, что такие абстрактные действия не дают точного представления где и почему возникла ошибка, ибо трудно понять в какую сторону была перекручена или недокручена та или иная настроечная гайка. Все эти бесчисленные попытки найти "золотую середину" очень утомительны для неопытного настройщика. Советы применять принудительные наклоны параболоида в ту или иную сторону, путём отгибания той или иной части зеркала антенны, весьма опасны. Они могут быть понятными для опытного настройщика, но никак ни для новичка. Ведь с досады, от неудач в попытках такой настройки, можно так надавить на край антенны, что плачевным образом может отразиться на самой антенне. Заканчивая краткое описание всех "прелестей" классического способа настройки, необходимо указать на важную деталь - настройка по спутниковым сигналам не позволяет разграничить её на отдельные этапы ( тем самым - упростить ) , так как полностью зависит от ориентации антенны на эти спутники.
Технический способ позволяет разграничить его на отдельные этапы. Для этого, необходимо применять градусную шкалу ( см. фото 1 и ниже ) как у телескопа. При таком способе настройка осуществляется совсем по-другому: совмещение её полярной плоскости с линией север-юг производится на втором этапе настройки, когда антенна уже механически настроена. То, что совмещение плоскостей можно производить и после того как антенна уже настроена, легко доказать. Так, если снять уже рабочую антенну с опоры крепления, то настройка самой антенны от этого не пострадает. Ведь, если снова установить антенну на эту опору и медленно повернуть на ней весь антенный комплекс до появления картинки со спутника, на который было ранее установлено позиционирование, то в результате этой простой манипуляции, вновь совместится полярная плоскость антенны с плоскостью, проходящей по линии север-юг. Данный пример совмещения плоскостей конечно же упрощён ( о том, как точно их совмещать, будет указано ниже ). Приведённый факт указывает лишь на то, что точное производство механических настроек углов на антенне зависит вовсе не от реальной линии север-юг, а от собственного направления полярной плоскости. Если это так, то первоочередное совмещение плоскостей совсем не обязательно и, соответсвенно, эту первую настройку для классического способа можно будет на время упразднить. В результате придётся одновременно подстраивать уже только два угла – наклон поворотной оси с одновременной подстройкой дополнительного угла склонения плоскости параболоида. А вся настройка разделится на три отдельных этапа:
1. механическая настройка всех углов на антенне;
2. совмещение полярной плоскости антенны с плоскостью, проходящей по линии север-юг;
3. проверка и тонкая настройка антенны на реальные спутники.
Из-за того, что технический способ позволяет разбить его на отдельные друг от друга настройки, то существенно облегчается вся работа в целом. Время затраченное на настройку, в зависимости от точности изготовленных инструментов и собственной аккуратности, для новичка может занять всего лишь час-полтора.
На чём основана поэтапная настройка?
Основа настройки всего механизма антенны - это постепенное, контролируемое изменение наклона поворотной оси, с целью придания параболе, описываемой лучом, точности наложения на виртуальную геостационарную дугу. Простым способом, с использованием транспортира, довольно проблематично осуществить точный наклон поворотной оси и деклинацию – дополнительный наклон плоскости параболоида. Поэтому, необходимо применять косвенный способ, используя для этого плоскость параболоида ( плоскость зеркала антенны ). Каким же образом использование плоскости параболоида может помочь осуществить точный наклон полярной оси антенны и одновременно установить точное дополнительное склонение самой плоскости? Оптическая ось у прямофокусной антенны всегда перпендикулярна плоскости параболоида. Так как любое изменение наклона полярной оси изменяет пологость дуги, описываемой лучём антенны ( оптической осью параболоида ), то всё это будет автоматически отражаться и на наклоне плоскости параболоида. Угломерные инструменты, размещённые на зеркале антенны и на полярной оси, позволяют осуществлять точные градусные ( азимутальные ) направления и сразу же контролировать возникающие изменения углов места. Использование градусной шкалы и знание контрольных значений углов места для нескольких азимутальных направлений позволяет за несколько раз подстроить наклон полярной оси так, что при повороте антенны углы места ( далее везде - у.м. ) на её плоскости станут принимать необходимые правильные значения для любого из этих направлений. Соответственно и дуга, описываемая лучём антенны, станет в точности накладываться на виртуальную геостационарную дугу. Добившись необходимых результатов, можно будет перейти ко второму этапу настройки – совмещению полярной плоскости антенны с плоскостью, проходящей по-линии север-юг, а затем осуществить тонкую настройку по спутниковым сигналам.
В заключение, можно сказать, что при классическом способе все механические настройки происходят по тому же самому принципу, но без возможности использования вышеперечисленных настроечных инструментов. Возникает вопрос – зачем усложнять процесс в ненужных попытках "надевания штанов через голову"? Я убеждён, что настройку полярной прямофокусной антенны новичку необходимо сначала осуществлять техническим способом с использованием точных настроечных инструментов и только потом производить тонкую подстройку углов с иcпользованием сигналов от спутников! Необходимо отметить, что настройка по виртуальным спутниковым позициям имеет ещё несколько положительных качеств. При такой настройке не требуется вычисление угла коррекции и добавочного, которое предлагается делать при классическом способе.
Примечание. Для сравнения см. А.Б. Пономаренко, Спутниковое телевидение. – М., издательство МГОУ, Трансинфо, 1992, стр. 83-85 – Наведение антенны НТВ на геостационарные спутники.; см. также В.Н. Левченко, Спутниковое телевидение, издательство «ВНV – Санкт-Петербург», 1998год, Полярная подвеска, стр. 140-142 или см. Радио Библиотека «Символ-Р» Атенны спутниковые, КВ, УКВ, Си-Би, ТВ, РВ Издательство «Символ-Р» Москва, 1998, автор глав 1-9; 13 - В.А. Никитин стр. 118-125.; John Breeds Satellite Know How! 1998 sixth edition of satellite television installation guide, стр. 2-19 – 2-27.
Эти углы и наклон полярной оси в процессе работ устанавливаются автоматически, плавно приближаясь к максимуму точности. Фактически же, настройка антенны упрощена до такой степени, что производимые работы стали похожи на настройку фиксированной антенны с азимутально-угломестной подвеской. Более того, данный способ позволяет настроить антенну даже в собственной квартире, лишь бы была для неё опора, а используя закон симметрии, настраивать антенну можно не по трём виртуальным спутниковым позициям на мнимой геостационарной орбите, а по двум. При классическом способе качественную настройку по двум позициям осуществить почти невозможно, особенно это касается неопытных настройщиков. Довольно часто бывает что та или иная часть геостационарной дуги закрыта естественными препятствиями в виде деревьев или зданий. Настраивать антенну на оставшийся видимым сектор обзора становится весьма непростой задачей.
Чтобы правильно осуществить настройку полярной прямофокусной антенны техническим способом, необходимо внимательно изучить инструкцию прилагаемую ниже, а также заранее подготовить и установить на ней относительно точные угломерные инструменты.
Установка и применение дополнительных настроечных систем с увеличенной разрешающей способностью.
Эти инструменты можно аккуратно изготовить самому.
1. Круглая азимутальная шкала ? не меньше 15 см, с градуировкой через 1о. У такой шкалы шаг в 1о на её разметке чуть больше 1мм . Я использовал оригинальную круглую градусную шкалу из оргстекла ?28 см от списанного морского навигационного прибора ( см. фото 1 и ниже ). На ней шаг в 1о равен уже 2,5 мм . Увеличенный шаг градуировки на шкале повышает точность установки азимутальных направлений и, соответственно, качество производимой настройки.
2. Для измерения углов места можно использовать часть сегмента от большого транспортира ? 40 см ( см. фото 2 и ниже ) с разметкой через 1о ( шаг равен почти 4мм ). Градуировку на сегменте рационально разметить до максимально возможного угла места в данной точке приёма, значение которого необходимо заранее вычислить по известной формуле. Для измерения углов места используется отвес с тонкой нитью, закреплённый на этом транспортире. Нить с отвесом должна быть закреплёна точно в нулевой точке отсчёта. Для измерения углов места на плоскости зеркала антенны необходимо использовать длинную, не сгибающуюся от собственного веса, прямую рейку – лучше алюминиевый уголок. Закрепив на этом уголке транспортир с отвесом и установив его на плоскость зеркала параболоида, можно получить довольно точные измерения углов места. Наличие специального угломерного инструмента повысит качество настройки.
3. Раздвижной шток временно устанавливается на место мотора. С его помощью во время настройки фиксируются градусные направления антенны на виртуальные спутниковые позиции согласно шкалы, установленной на её полярной оси. Чтобы его изготовить, необходимо в середине металлической пластины вырезать длинный паз шириной чуть больше диаметра крепёжного болта актуатора. Жёсткое соединие одного конца штока в месте подсоединения мотора к параболоиду позволяет второму соединению двигаться свободно. Фиксацию можно легко осуществлять при помощи простой или барашковой гайки ( фото 1 и 3 ). Кроме того, в случае поломки актуатора во время эксплуатации антенны, установка штока позволит хотя и в ручную, но всё же зафиксировать нужное направление на популярный спутник, пока не будет отремонтирован или заменён мотор.
Подготовка антенны. Расчёт углов места для виртуальных спутниковых позиций.
Первоначальная сборка антенны идёт согласно инструкции завода изготовителя. Далее, установив градусную шкалу на валу полярной оси, необходимо согласовать ( синхронизировать ) её направление 0о с направлением оптической оси параболоида, когда эта ось ( луч антенны ) совмещена и находится в полярной плоскости антенны. На практике эта синхронизация осуществляется так.
В начале необходимо круглую градусную шкалу закрепить на верхнем болте ( или на нижнем, кому как удобней ), через ось которого проходит поворотная ось полярной подвески антенны. Центр вращения шкалы должен быть точно совмещён с центром вращения оси этого болта. Иначе при поворотах антенны круглый край шкалы будет радиально смещаться из стороны в сторону относительно поворотной оси, то есть возникнет дисбаланс ( фото "дисбаланс" ),
из-за которого невозможно будет установить точный отсчёт градусных значений. Во избежание этого градусную шкалу необходимо отбалансировать следующим образом.
Около её круглой кромки на неподвижной части подвески устанавливается острый штифт ( фото 1, "дисбаланс" и фото 3 ). В дальнейшем он будет использоваться как начало отсчёта спутниковых направлений относительно южного направления полярной плоскости антенны. При поворотах антенны вокруг её полярной оси ( установленная на ней градусная шкала также поворачивается ), можно заметить сначала увеличение, а затем уменьшение ( или наоборот ) зазора между круглой кромкой шкалы и этим штифтом. Радиально смещая её в ту или другую сторону относительно оси болта, необходимо добиться минимального изменения этого зазора во время поворотов антенны. Затем отбалансированная шкала с осторожностью закрепляется.
После балансировки шкалы можно приступать к синхронизации. Как же точно совместить невидимую оптическую ось параболоида с невидимой глазом полярной плоскостью антенны? На первый взгляд эту синхронизацию сделать невозможно. Однако это не так.
Известно, что при повороте зеркала антенны вокруг наклонённой поворотной полярной оси её луч очерчивает в пространстве параболу. Значит, если задать два одинаковых угла поворота антенны на запад и восток от её полярной плоскости, то есть от собственного направления 0о, но противоположных по значению, например, ±45о, то по закону симметрии мы должны получить два одинаковых у.м. на антенной плоскости.
Примечание. В данном случае азимут направления технический и более подходит к астрономическому, чем к геодезическому. Для упрощения восприятия при производстве настроечных работ, отсчёт предлагаю производить в обе стороны от точки направления на виртуальный юг полярной плоскости антенны, то есть от 0о на установленной шкале. «В геодезии принято отсчитывать азимуты от направления на точку севера по часовой стрелке ( через точки востока, юга и запада ) от 0 до 360о. В астрономии азимуты отсчитываются в том же направлении, однако часто начиная от точки юга. Тем самым астрономическое и геодезическое азимуты отличаются друг от друга на 180о, поэтому важно при решении той или иной задачи на небесной сфере выявить с каким именно азимутом приходится иметь дело.» - Энциклопедический словарь юного астронома, Н.П. Ерпылев, Москва, Педагогика, 1980, стр. 181.
Если теперь установить ось параболоида ( луч антенны ) в среднее положение – 0о, то есть направив его вдоль биссектрисы общего угла, в данном случае – угла 90о=45о(восток) +45о(запад) и подвести штифт к градусной шкале в положение 0о, то произойдёт синхронизация трёх элементов антенны: шкалы, луча параболоида и полярной плоскости антенны. В данном случае значение 0она градусной шкале окажется точным отражением направления оптической оси параболоида, а остриё штифта - местом прохождения полярной плоскости антенны. На практике это делается так.
1. Прежде чем приступать к синхронизации, необходимо вспомнить ранее прочитанное и ещё раз проверить чтобы отсутствовал наклон поворотной оси в любую из сторон от её полярной плоскости, то есть по линии запад-восток. Не выполнив это условие, дальнейшая точная настройка теряет всякий смысл! Подтверждение правильности крепления стакана к опоре, а следовательно и нулевого наклона полярной плоскости, можно проверить при помощи нити с отвесом. Труба с её опорой для установки антенны должна иметь строго вертикальное положение. Механизм поворотной полярной оси антенны должен быть правильно приварен к подвеске крепления стакана. Соблюдение этого условия лежит на совести производителя антенны. Если на вертикально установленной трубе всё же присутствует наклон полярной оси в любую из сторон по линии запад-восток, то качественно настроить антенну техническим способом будет также невозможно, как и классическим. Устранить дефект производителя можно косвенным образом, установив трубу крепления так, чтобы полярная ось антенны оказалась наклонённой только по линии север-юг, то есть полярная плоскость антенны совместилась с полярной осью Земли.
2. Используя транспортир с отвесом, установить примерный наклон полярной оси соответственно значению широты в месте приёма.
3. Повернуть антенну на валу полярной оси в положение, когда её плоскость примет приблизительный, но максимально возможный у.м.. Установив угломерный инструмент на плоскость зеркала и поворачивая антенну на полярной оси, по нити отвеса определяется изменение показаний градусных значений на сегменте транспортира. Когда максимальный у.м. приблизительно найден, то необходимо зафиксировать параболоид и подвеску с помощью штока в местах подсоединения мотора ( актуатора ).
4. Зафиксировав параболоид, установить положение штифта напротив значения 0о на гр. шкале ( см.фотографии ).
5. Ослабив шток, попеременно повернуть антенну на её полярной оси так, чтобы остриё штифта установилось на ±45о. Также поочерёдно в этих противоположных позициях закрепить шток и измерить углы места на плоскости зеркала. Но вряд ли с первого раза значения противоположных углов места будут одинаковыми! Согласно пункту 3 невозможно установить точный угол места. Ведь вблизи положения максимального угла значения других у.м. на антенной плоскости имеют почти такие же значения и начинают убывать и изменяться только на десятые доли градуса. С помощью транспортира довольно сложно с первого раза "угадать" это положение антенны. Но возникшую погрешность легко заметить, если измерить углы места при направлении ±45о, что и было сделано. Ошибка в полградуса и даже меньше при таких противоположных наклонах плоскости параболоида станет уже хорошо заметной – она удвоится! Например, при начальной погрешности в 1о значения противоположных углов места могут оказаться такими: западный у.м. – 14о, а восточный – 16о. Возникновение разницы в два градуса хорошо заметно на шкале большого транспортира. Если теперь внести поправку и сместить штифт относительно аз. шкалы на один градус, то при следующем измерении западный у.м. увеличится на 1о, а восточный уменьшится на такую же величину и значения противоположных у.м. окажутся равными по 15о.
Практически ошибка устраняется просто. Зная величину погрешности, необходимо возвратить антенну обратно в первоначальное положение, установив значение 0о шкалы напротив штифта, после чего гайкой закрепить раздвижной шток. Ослабив крепление штифта, сместить в нужную сторону его остриё ( в данном случае на 1о ) относительно шкалы и вновь закрепить его. Затем необходимо проверить и измерить значения углов места
согласно пункту 5.
Осуществив с помощью градусной шкалы синхронизацию двух направлений, то есть совместив ось параболоида с полярной плоскостью антенны, появляется возможность производить точные градусные направления антенны по этой шкале относительно собственного южного направления полярной плоскости. Остриё штифта в данном случае отображает начало отсчёта градусных значений. Если при покупке антенны на её полярной оси уже установлена маленькая заводская шкала, то точность "синхронизации" вышеуказанным способом будет гораздо меньше, что негативным образом может отразится и на самой настройке антенны.
Чтобы приступить к точной настройке угла наклона полярной оси, необходимо знать точные значения хотя бы двух пар градусных направлений и точные углы места для каждого из них.
В данном случае вычислять значения виртуальных азимутальных направлений не надо, так как любое точное направление можно установить, используя градусную шкалу. Остаётся вычислить для этих направлений углы места. В результате возникнет график соотношений пар: Аз. - У.М.. Имея такой график, можно приступать к непосредственной настройке и проверке углов на антенне ( чем больше таких пар взято, тем нагляднее будет виден сам ход настройки антенны ). Вспомнив закон симметрии, вполне реально упростить настройку. При направлении ±45о противоположные значения углов места на антенной плоскости имеют одинаковые значения. Следовательно, все измерения можно производить, поворачивая параболоид от 0о только в одну удобную для нас сторону – на запад или на восток! Из вышеизложенного следует, что всю настройку можно осуществлять вообще по двум парам: по у.м. при значении 0о и по у.м. при значении 60о. Неопытному настройщику для большей наглядности и самопроверки желательно использовать несколько таких пар. Например, можно взять несколько градусных направлений: 0о, 30о, 60о и к каждому значению вычислить соответствующий угол места. Сразу же может возникнуть вопрос – как вычислить угол места, если неизвестно значение виртуальной спутниковой долготы для известного виртуального азимутального направления.
Вычислить виртуальную координату спутниковой долготы легко, если преобразовать формулу 1 для нахождения азимута в формулу 2 ( см. ниже ). А собственные координаты установки антенны лучше определять по топографической карте ( или используя спутниковое позиционирование – GPS), в которой значения широты и долготы выражаются в градусах, минутах и секундах, например, 58о40?30?. Чтобы не добавлять погрешность в вычислениях, значения минут и секунд обязательно переводятся в градусы. Значение минут при этом делится на шестьдесят, а секунд - на 3600.
Полученые результаты суммируются и записываются после запятой от целого числа. В данном случае имеем целые значения градусов и их десятые доли ?58,7о. Именно такие значения собственных координат необходимо подставлять в формулы. Чтобы сократить время на расчёт всех необходимых углов, можно ввести эти формулы в компьютер. Известная программа Excel сама справится с задачей. Если при вводе формул компьютер укажет на ошибку, необходимо проверить и, вместо запятой в компьютерной формуле 6, ввести точку ( как у кого настроен компьютер ). Пробелы между знаками так же недопустимы. Дробные значения собственных координат опять же могут записываться с точкой или с запятой в соответствии с тем, что принимает компьютер.
=ATAN(TAN((B4-$C$2)*PI()/180)/SIN($B$2*PI()/180))*180/PI() (4)
=ACOS(COS((B4-$C$2)*PI()/180)*COS($B$2*PI()/180)) (5)
=ATAN((COS(D4)-0,1512)/SIN(D4))*180/PI() (6)
=ATAN(TAN((C4)*PI()/180)*SIN($B$2*PI()/180))*180/PI()+($C$2) (7)
Подставим формулы: 4 в ячейку С4; 5 в D4; 6 в E4. Установим собственное значение широты точки приёма в ячейку B2, а долготу в C2. Теперь, при вводе значения известной спутниковой долготы в пустую ячейку B4 и нажав Enter, в ячейке C4 получим искомое значение азимутального направления, а в ячейке E4 – значение угла места. Если скопировать эти формулы вниз каждую в своей колонке, то подставляя по порядку в колонку (B) известные значения градусных спутниковых долгот, можно получить таблицу со всеми необходимыми параметрами Долгота сп. – Аз. – У.М. . Данную таблицу можно применять для расчёта углов при настройке фиксированной антенны. Эти формулы также применимы и для настройки полярной антенны.
Точное значение виртуальной спутниковой долготы и угол места для известного азимутального направления проще и лучше вычислять по-другому, используя формулу 7. В этом случае необходимо ввести формулы: 7 в ячейку В4; 5 в D4; 6 в Е4. Теперь, если в пустую ячейку С4 ввести известное значение азимутального направления ( формулу 4 для нахождения азимута в эту ячейку в данном случае вводить нет необходимости ) и нажать Enter, то соответственно в ячейке В4 получим значение виртуальной спутниковой долготы, а в ячейке Е4 угол места для этого азимутального направления. Скопировав эти формулы вниз, каждую в свою колонку, далее при вводе в нижние ячейки в колонку (С) других целых значений азимутальных направлений, в колонках ( В и Е ) получим все необходимые параметры: значения виртуальных спутниковых долгот, а также углы места, согласно таблице, указанной выше ( Вирт. долг. сп. – Аз. – У.М. ). Если собственная долгота приёма находится западнее от Гринвича, то в формулы должны быть внесены поправки.
В графике соотношений пар "Аз.-У.М." намеренно взяты целые значения аз. направлений. Это было сделано с целью уменьшения погрешности при установке направлений во время настройки антенны. Углы места при таком варианте в основном будут иметь дробные значения. Увеличенная шкала транспортира по сравнению с аз. шкалой при измерениях, по идее, должна снизить возможные погрешности. Можно применить и обратный вариант. Тогда дробные значения на азимутальной шкале можно было бы фиксировать при помощи штока, а измерять транспонтиром с отвесом целые значения углов места стало бы легче ( имеются ввиду погодные условия, например, если ветер раскачивает отвес ).
Хочется отметить, что применение этих формул для вычисления азимутальных спутниковых направлений для полярной антенны не совсем корректно. Но на качество производимой настройки это обстоятельство практически не влияет. Кратко рассмотрим этот ньюанс. Чем больше установлено градусное значение на реальный спутник, тем больше возникает погрешность между вычисленным и реальным направлением по градусной шкале - рис.2(1). Эта погрешность невелика. Возрастает она постепенно, всё более увеличиваясь к краям дуги. Почему так происходит? Геодезический азимут, это азимут на горизонтальной ровной плоскости. Плоскость градусной шкалы закреплена перпендикулярно к поворотной оси антенны и наклонена к горизонту, а значит, рассекает небосклон прямой линией, оставляя на нём проекцию от горизонтального азимута. При повороте антенны оптическая ось параболида очерчивает в пространстве не такую же ровную линию, а идёт по геостационарной дуге. На рисунке это красная линия. Если бы на антенне не устанавливался дополнительный угол склонения наклона плоскости параболоида, необходимое значение которого достигается во время настройки антенны, то оптическая ось параболоида очерчивала бы линию a-b-c, то есть проекцию от азимутального направления на горизонтальной плоскости.
Таким образом, из-за того, что путь по дуге всегда длиннее ( a'-b'-c'>a-b-c ), чем путь по прямой, то и значение реального градусного направления по шкале будет всё более не соответствовать вычисленному азимутальному направлению на горизонтальной плоскости. На рисунке хорошо заметно как постепенно начинает увеличиваться погрешность между реальными и вычисленными значениями. При точном направлении антенны на юг погрешность нулевая. Чтобы избежать ошибок при настройке антенны можно заранее внести поправку в расчёты. Не допустить возникновение ошибки в настройке можно, применяя практичесий метод. Вот как я это сделал.
Используя расчётные данные согласно приведённым формулам ( см. выше ), на моей антенне не было расхождений в секторе обзора вплоть до ±30о. Но я заметил, чем больше установлен азимут направления по аз. шкале, тем больше увеличивается несоответствие между расчётным и реальным азимутом. Так для вычисленного азимута 59,1Е и 63W ( исчисление идёт в обе стороны от южного направления ) на спутники 80Е и 34,5W эта погрешность достигла примерно +1о, то есть реальные направления по шкале стали иметь вид 60,1Е и 64W. ( Величина этой ошибки неодинакова для разной широты точки приёма и брать приведённое значение погрешности в качестве поправки было бы неправильно ). Поэтому, как уже было сказано ранее, осуществлять совмещение полярной плоскости с линией север-юг необходимо по направлению антенны на самый южный спутник для точки приёма, а не на "низковисящий" над горизонтом. Чтобы убедиться в правильности совмещения плоскостей, я осуществил проверку на предмет "тонкого" совмещения полярной плоскости антенны с плоскостью, проходящей к центру Земли по линии север-юг. Каким образом? Возникновение одинаковой погрешности для противоположных, но равноудалённых от нулевого градусного направления шкалы спутниковых позиций, говорит о том, что полярная плоскость антенны была очень точно совмещена с линией север-юг. Если величина погрешности неодинакова для равноудалённых азимутальных направлений, то необходимо подкорректировать совмещение плоскости с линией. Подобная проверка напоминает мне работу по осуществлению синхронизации полярной плоскости антенны с оптической осью параболоида.
Примечание. В тексте часто встречаются обозначения "азимутальное направление" и "азимутальная шкала". Я намеренно прибегаю к данной терминологии, хотя эти термины используются при настройке фиксированной антенны. Их использование в данной статье, возможно, облегчит понимание этого способа настройки.
Практическая настройка полярной антенны.
Техническая настройка углов производится за два-три приёма. В данном случае наклон полярной оси уже соответствует примерному значению широты в точке приёма. Это было сделано ранее при осуществлении синхронизации полярной плоскости антенны с осью параболоида ( см. выше пункт 2 ).
В процессе повторных настроек наклон полярной оси автоматически примет правильное положение.
1. С максимальной точностью установим по шкале азимут 0о и при помощи штока зафиксируем это положение антенны. Используя транспортир с отвесом, закреплённый на алюминиевом уголке, регулировочной гайкой установки дополнительного угла склонения плоскости параболоида ( деклинация ) произведём наклон плоскости зеркала антенны согласно первой пары графика Аз.-У.М.
Примечание.Здесь необходимо напомнить, что в данной азимутальной позиции у.м. имеет максимальное значение для широты в месте установки антенны и он не может быть большим или меньшим! Поэтому, нет необходимости вычислять и дополнительно устанавливать корректировочный и добавочный угол, как это требуется при классическом способе настройки.
2. Поочерёдно фиксируя на антенне градусные направления согласно графику Аз.–У.М., так же поочерёдно измерим углы места ( фото 2 ). Записав и сравнив полученные значения с контрольными, мы скорее всего увидим некоторое расхождение, кроме первой пары с азимутом 0о. Данное несоответствие есть результат неточной установки наклона полярной оси. При помощи транспонтира этот наклон оси установить очень непросто, но не стоит расстраиваться. Так, если этот наклон оказался меньше необходимого значения градусной широты в точке приёма, например, 54о вместо 54,2о ( исчисление ведётся от горизонтального положения и виртуального направления от точки севера к югу ), то для второго градусного направления значение угла места при измерении окажется чуть меньшим в сравнении с расчётным. Значения углов места для других направлений антенны станут ещё и ещё меньшими в сравнении с расчётными. Наоборот, если полярная ось даже чуть-чуть отклонена к вертикали относительно её правильного положения, то в сравнении с расчётными, величины измеряемых у.м. станут плавно возрастать. При том или ином неправильном наклоне поворотной оси, луч антенны очертил бы в пространстве параболу в виде пунктирных дуг, а при оптимальном наклоне – выделено жирным
Использование этого рисунка и графика соотношений Аз.-У.М. позволяет настройщику косвенным образом контролировать свои правильные или неправильные действия при настройке угла наклона полярной оси. У него появляется возможность чётко и осознанно регулировать "поднятие или опускание" краёв дуги, добиваясь постепенной установки правильности угла наклона поворотной оси, а вместе с ним и точного дополнительного склонения плоскости параболоида.
Приступая к повторной настройке, надо помнить, что коррекции необходимо подвергнуть сразу два угла: в первую очередь подправляется полярный угол наклона поворотной оси, и затем сразу же восстанавливается точное значение у.м. для аз. 0о. Выполнив это условие, далее повторяется измерение значений углов места для остальных градусных направлений.
Примечание. В зависимости от шага резьбы на регулировочной "полярной" гайке, повторный наклон полярной оси необходимо производить очень осторожно, дабы не переборщить и лишний раз не повторять потом все эти регулировки и измерения. К примеру, на моей антенне поворот гайки всего лишь на четверть оборота от правильного положения ведёт к изменению значения у.м. при аз. ±60опримерно на полградуса. Это критическая величина для антенны с диаграммой направленности в один градус ( 180см ). Преодолев эту величину, можно с уверенностью сказать, что сектор обзора антенны в данном случае не будет более чем 120о. А преодолев величину угла места на полградуса относительно правильного значения при аз. ±50о, сектор обзора антенны соответственно уменьшится до 100о. Обращаясь к рисунку вновь, можно заметить, что края геостационарной дуги как бы обрезаются и уходят из "поля зрения" луча антенны.
Добившись максимального соответствия значений углов с графиком Аз.-У.М, можно приступать к следующему этапу настройки – совмещению невидимой полярной плоскости антенны с невидимой линией север-юг, проходящей в месте установки антенны. Эта настройка осуществляется с высокой точностью, но опять же косвенным образом, используя принцип наведения на спутник антенны с азимутально-угломестной подвеской ( в начале статьи упоминается про снятую с опоры настроенную антенну, у которой вновь была осуществлена настройка на прежний спутник ).
1. Установив на уже настроенной антенне азимут направления на спутник, желательно на тот, что ближе к нулевому значению по азимутальной шкале, с помощью штока фиксируется данное положение антенны. Если все предварительные настройки были сделаны правильно, то у.м. установится автоматически. Для самопроверки можно измерить его значение на плоскости зеркала антенны и сравнить с вычисленным по формуле 3. Далее, не притрагиваясь к штоку, чуть ослабляется крепление стакана полярной подвески на опоре трубы и медленно поворачивается вся антенная система в южном направлении. В определённый момент, при правильно установленных частоте, поляризации и скорости потока, на экране должна появиться "картинка". Но она может и не появиться, если в данной точке приёма сигнал от спутника недостаточно мощный! Быстро или толчками поворачивая антенну, можно "проехать" мимо спутника, так как многие "цифровики" имеют свойство "задумываться", прежде чем показать "картинку". Допустим, изображение появилось. И так как у антенны фактический отсчёт собственного аз. направления начинается от её полярной плоскости, то, одновременно с появлением "картинки" при наведении луча антенны на спутник, мы почти точно автоматически совместили полярную плоскость антенны с вертикальной плоскостью, проходящей через ось Земли по линии север-юг в месте установки антенны. Указывая на "почти точно", надо помнить, что антенна имеет диаграмму направленности и в частности её максимум. То есть, при работе антенны луч параболоида можно представить как сильно вытянутую в пространстве каплевидную форму. Геометрически же оптическая ось параболоида проходит в середине этой "капли", то есть, по максимуму диаграммы направленности. Образно выражаясь, цепляясь боковыми краями этой "капли" за достаточно мощный сигнал от спутника, "картинка" может появиться тогда, когда точного совмещения оптической оси параболоида с направлением на спутник ещё не произошло, а следовательно и не совсем точно совместились плоскости. Точное же совмещение полярной плоскости антенны с линией север-юг не представляет большой сложности. Необходимо луч антенны установить в среднее положение её диаграммы направленности, то есть - между двумя крайними пропаданиями изображения ( или "зашумлённостями" при аналоговом сигнале ). Для этого можно установить на трубе крепления ( прямо под подвеской антенны ) третью шкалу или простую плоскость, и отметить на ней оба критических положения антенны, когда пропадает сигнал. В качестве маркера используется жёстко закреплённая на подвеске металлическая стрелка. Медленно поворачивая антенную систему на трубе, маркер должен слегка касаться этой шкалы. В момент пропадания сигнала на шкале делаются пометки. Затем необходимо установить антенну в среднее положение и осторожно, чтобы не возникло смещения, жёстко зафиксировать стакан подвески антенны на опоре трубы. Тонкую настройку можно считать законченной, если в достаточно широком секторе обзора реальные направления на спутники совпадают с показаниями на градусной шкале.
2. Если совмещение плоскостей производить всё же "по солнцу", необходимо отметить на плоскости ( установлена под подвеской ) линию, совпадающую с тенью от Солнца в истинный полдень. ( Многие заблуждаются и думают, что наступление истинного полудня соответствует 12 часам дня. В большинстве случаев это не так. ) Эта линия должна быть направленна к центру трубы. Подсоединив отвес снизу к центру вращения поворотной оси, необходимо повернуть всю антенную систему на опоре трубы так, чтобы остриё отвеса совместилось с этой линией.
Экспериментируя, настраивал и "по солнцу". В этом случае вся настройка полностью была осуществлена вслепую, то есть, вообще без использования спутниковых сигналов! Подключив ресивер, "сходу" сектор обзора антенны составил »70о ( по спутнику более 120 градусов ). Этот сектор, конечно же, мал, зато при такой настройке не понадобилось никаких вспомогательных электронных приборов. Возможно кого-то и такой результат устроит.
Совмещение плоскостей "по спутнику" гораздо точнее. Сигнал от него исходит фактически из точки на небосклоне, а расположены они на геостационарной орбите с высокой точностью ( имеются в виду не доживающие свой срок спутники ). Следовательно, погрешность при совмещении будет незначительной. Солнце, в отличии от звёзд, имеет угловые размеры. Находясь вблизи зенита, оно передвигается по небосклону практически по прямой, и простыми наблюдениями довольно трудно уловить наступление момента истинного полудня, то есть достижения высшей точки – зенита. Это трудно сделать даже при помощи морского секстанта, закреплённого на штативе. Чуть замешкаешься ( попробуй успей за Солнцем! ), даже на две минуты, и получишь погрешность в полградуса. А эта величина, как мы помним, является критической для остронаправленных антенн.
В заключение, хотелось бы ещё раз подчеркнуть, что гарантия успеха настройки полярной прямофокусной антенны техническим способом заключается, прежде всего, в точном выполнении предложенных здесь рекомендаций. Возможно, на первый взгляд, описанный способ настройки может показаться очень сложным по сравнению с различными версиями описания классического. Но, при наличии необходимых инструментов, во время работы быстро приходят необходимые навыки и осознание того, что ты действительно производишь настройку, а не тычешь "пальцем" в небо, как при классичеком способе.
Настройка офсетной поворотной антенны комбинированным способом.
Зная технический способ настройки прямофокусной полярной антенны, можно существенно упростить настройку офсетной полярной антенны, применяя комбинированный способ. Каким образом? Начинаем техническим способом, а заканчиваем классическим. То есть, технически осуществив балансировку шкалы, с её помощью синхронизируется луч антенны с полярной плоскостью самой антенны, как было описано выше. Установив по шкале известное градусное направление на самый южный спутник, при помощи штока закрепляется это положение антенны. Далее, производится поиск сигнала от данного спутника, используя принцип наведения антенны с азимутально-угломестной подвеской. То есть, в южном направлении ( по азимуту ), поворачивается на опоре трубы вся подвеска. При этом одновременно ведётся поиск сигнала наклоном вверх-вниз зеркала антенны по углу места. Настройщику важно найти среднее азимутальное положение подвески между пропаданиями сигнала. Добившись этого, будет осуществлено точное совмещение полярной плоскости антенны с линией север-юг ( в классическом способе это совмещение предлагается делать по "солнцу" ). Закрепив в этом положении подвеску на опоре трубы, этап технической настройки можно считать законченным. При этом дальнейшая настройка антенны классическим способом существенно упростится, так как теперь её необходимо будет осуществлять уже не в трех плоскостях одновременно, а только в двух – производить наклон полярной оси и деклинацию ( дополнительное склонение плоскости параболоида ). Ознакомиться с описанием классического способа настройки можно в различной литературе и в Интернете. Повторять его описание здесь нет необходимости.
Ну, вот пожалуй и всё. Желаю удачи.
Спутниковый телеприём осуществляю с 1994 года. Одна фиксированная антенна сразу же не оправдала себя. Сначала, из чистого интереса, устанавливал точные направления по шкалам на все видимые антенной спутники, предварительно вычислив необходимые углы. Потом, когда пришлось настраивать свою полярную антенну, этот опыт "быстрых" перенастроек мне очень пригодился. Использование увеличенных градусных шкал в процессе многочисленных опытов натолкнуло на мысль, что и полярную антенну можно настраивать аналогичным образом. Постепенно я разработал такую инструкцию по настройке полярной прямофокусной антенны, при примении которой нет необходимости использовать спутниковые сигналы. В 2000 году я отослал первый вариант своей статьи в редакцию журнала «Теле-спутник», надеясь что она будет опубликована, но, к сожалению, никакого ответа я не получил. За прошедшее время я ни раз вносил изменения в статью, дорабатывая и улучшая её общее восприятие. Хочется надеяться, что сейчас мои советы окажутся полезными для тех, кто пожелает самостоятельно настроить свою полярную антенну.
Почему так трудно настроить антенну?
Тот, кто сам настраивал полярную антенну классическим способом – "по солнцу" и спутникам, знает насколько трудна эта процедура для новичка. В форумах по спутниковому телевидению часто задаётся такой вопрос: «просидел весь день на крыше, но так и не настроил антенну – помогите». Существуют различные рекомендации по настройке таких антенн, но они весьма абстрактны с технической точки зрения. И с этим нельзя не согласиться. Все предлагаемые советы отражают лишь поверхностное описание неких общих принципов по проведению настроечных работ. А ведь приступая к настройке сложной механической системы, к которой можно отнести и полярный антенный комплекс, требуется как наличие чёткой инструкции, так и присутствие точных инструментов для настройки. Так, например, в схожей ситуации любителю астрономии, прежде чем начинать наблюдения в телескоп, также необходимо сначала осуществить его настройку. То есть, установить необходимый наклон полярной оси и совместить полярную плоскость с плоскостью, проходящей по линии север-юг в данной точке местности. Для этого любителю предложена чёткая инструкция и необходимый инструмент настройки – градусная шкала.
Продавая более сложный в настройке "полярный" антенный механизм, производители антенн лишили любителей "наблюдения" за спутниками как настроечных инструментов, так и чёткой инструкции.
Основные требования к конструкции антенны. Общее описание и сравнение двух способов настройки: общепринятого – по сигналам от спутников и технического – по виртуальным спутниковым позициям.
Начиная настройку "полярки" любым способом, необходимо запомнить простое правило – чем больший сектор обзора требуется установить на антенне, тем аккуратней должны быть собственные действия при производстве настроечных работ. Конструкция антенны должна также отвечать определённым техническим требованиям при любом способе настройки.
Обозначим их.
1. Так как весь антенный комплекс имеет немалый вес и большую парусность, необходимо уделить особое внимание тому, чтобы опора крепления антенны была прочно установлена. От качества этой установки зависит то, как долго антенна сможет точно отслеживать геостационарную дугу. Постоянное воздействие ветра на антенну может ослабить крепление опоры. Если труба немного сместится от строго вертикального положения, то одновременно с этим уменьшится сектор обзора антенны, или она вообще может перестать работать.
2. Поворотный механизм антенны должен иметь точные элементы сопряжения с так называемым стаканом крепления подвески к верхней опоре трубы. То есть , в момент установки стакана на вертикальную опору у антенной поворотной оси должен отсутствовать наклон в любую из сторон по линии запад-восток. Наклон этой оси при настройке должен осуществляться только по линии север-юг. При этом поворотная ось антенны должна находится в плоскости, которая проходит по-линии север-юг вертикально к центру Земли. В этом случае ось вращения Земли также окажется в этой плоскости. Примечание. Из-за того что поворотная ось антенны направлена на Полярную звезду, точно так же как и ось вращения Земли, ей дано название – полярная. Плоскость, проходящая через полярную ось антенны по линии север-юг к центру Земли, имеет идентичное название – полярная плоскость антенны.
3. На поворотной оси антенны должен отсутствовать радиальный люфт. Если сразу не устранить его, то качественно настроить такую антенну практически невозможно. Наличие люфта определить нетрудно. Для этого необходимо покачать эту ось из стороны в сторону радиально от центра к центру, предварительно отсоединив актуатор ( мотор ). Слабый стук укажет на наличие зазора между втулкой и полярной осью антенны.
4. Недопустима деформация и изогнутость краёв зеркала параболоида. Эти повреждения ведут к снижению усиления поступающего сигнала. Кроме того, наличие деформации на краях зеркала нарушит точность измерения углов места при настройке антенны техническим способом. Наличие искривления плоскости края зеркала – появление так называемой восьмёрки, легко проверить, если натянуть несколько нитей крест-накрест на края параболоида. Пересечение их в одной точке укажет, что зеркало не деформировано.
5. При любом способе настройки требуется правильно установить конвертер на антенне. При техническом способе ( её первый этап ), вместо направления антенны на спутниковый сигнал, используется её виртуальное направление на спутниковую позицию с применением градусной шкалы, которая в свою очередь согласована с направлением оптической оси параболоида. Ось облучателя конвертера, должна быть установлена максимально точно на линии оптической оси параболоида. Если же конвертер будет повёрнут чуть в бок по отношению к оптической оси, например, на один градус, то на такую же величину сместится максимум диаграммы направленности антенны. А это недопустимо! Технически антенна будет настроена правильно. Но во время второго этапа настройки полярная плоскость и линия север-юг будут совмещены с ошибкой. Произойдёт это потому, что при техническом способе настройки точное совмещение плоскостей производится с использованием конвертера и спутникового сигнала, а не тени от Солнца, как это делается при классическом способе. Неправильно установленный конвертер не позволит точно совместить полярную плоскость с линией север-юг. Из-за этого у антенны существенно уменьшится сектор обзора.
Другими словами, дуга, описываемая осью параболоида, не полностью совместится с геостационарной дугой, на которой располагаются спутники.
Возникшую ситуацию можно визуально представить как две полуокружности, горизонтально разнесённые чуть в стороны, одна из которых - отражение геостационарной дуги, а вторая – описываемая лучём парабола. Пока они в верхней части накладываются друг на друга, приём будет возможен. Но в местах, где эти полуокружности расходятся, диаграмма направленности антенны не сможет захватить сигнал от спутника.
Таким образом, ширина просматриваемого сектора обзора будет ограничена двумя точками расхождения ( рис. 1 ). Замечу, что из-за небрежного совмещения полярной плоскости антенны с линией север-юг, можно получить такую же ошибку, которая показана на рис. 1. Конвертер же здесь будет не причём.
Чем отличаются друг от друга оба способа?
При классической настройке, из-за невозможности применения точных измерительных инструментов на антенне, все работы и, в частности, совмещение полярной плоскости с плоскостью, проходящей по-линии север-юг, производятся неконтролируемо, на глазок, например, "по солнцу", то есть в момент наступления истинного полудня в точке установки антенны. Требования же здесь очень жёсткие. Ошибка при совмещении плоскостей не должна превышать даже нескольких долей градуса! При классическом способе правильное совмещение поворотной оси и линии север-юг является важнейшим элементом первоначальной настройки, но отсутствие измерительных инструментов существенно усложняет эту операцию. Ведь прежде надо с точностью до двух минут вычислить наступление истинного полудня в точке приёма, а затем правильно сориентировать полярную плоскость подвески на эту линию. Если же совмещение плоскостей установлено с ошибкой, то дальнейшая настройка антенны окажется архисложной. Почему? Эта погрешность не позволит быстро и качественно осуществить другие настройки, так как они напрямую зависят от точности выполнения первой. Таким образом, возникает некий замкнутый круг, преодолеть который для новичка очень и очень трудно. И это при том, что выставлять наклон полярной оси и дополнительное склонение параболоида приходится также без возможности отслеживания и контроля за собственными действиями. К этому ещё можно добавить то, что все настроечные работы приходится производить одновременно в трёх плоскостях и по принципу "лучше-хуже", то есть снова на глазок – по появлению сигналов изображения на экране. Ясно, что такие абстрактные действия не дают точного представления где и почему возникла ошибка, ибо трудно понять в какую сторону была перекручена или недокручена та или иная настроечная гайка. Все эти бесчисленные попытки найти "золотую середину" очень утомительны для неопытного настройщика. Советы применять принудительные наклоны параболоида в ту или иную сторону, путём отгибания той или иной части зеркала антенны, весьма опасны. Они могут быть понятными для опытного настройщика, но никак ни для новичка. Ведь с досады, от неудач в попытках такой настройки, можно так надавить на край антенны, что плачевным образом может отразиться на самой антенне. Заканчивая краткое описание всех "прелестей" классического способа настройки, необходимо указать на важную деталь - настройка по спутниковым сигналам не позволяет разграничить её на отдельные этапы ( тем самым - упростить ) , так как полностью зависит от ориентации антенны на эти спутники.
Технический способ позволяет разграничить его на отдельные этапы. Для этого, необходимо применять градусную шкалу ( см. фото 1 и ниже ) как у телескопа. При таком способе настройка осуществляется совсем по-другому: совмещение её полярной плоскости с линией север-юг производится на втором этапе настройки, когда антенна уже механически настроена. То, что совмещение плоскостей можно производить и после того как антенна уже настроена, легко доказать. Так, если снять уже рабочую антенну с опоры крепления, то настройка самой антенны от этого не пострадает. Ведь, если снова установить антенну на эту опору и медленно повернуть на ней весь антенный комплекс до появления картинки со спутника, на который было ранее установлено позиционирование, то в результате этой простой манипуляции, вновь совместится полярная плоскость антенны с плоскостью, проходящей по линии север-юг. Данный пример совмещения плоскостей конечно же упрощён ( о том, как точно их совмещать, будет указано ниже ). Приведённый факт указывает лишь на то, что точное производство механических настроек углов на антенне зависит вовсе не от реальной линии север-юг, а от собственного направления полярной плоскости. Если это так, то первоочередное совмещение плоскостей совсем не обязательно и, соответсвенно, эту первую настройку для классического способа можно будет на время упразднить. В результате придётся одновременно подстраивать уже только два угла – наклон поворотной оси с одновременной подстройкой дополнительного угла склонения плоскости параболоида. А вся настройка разделится на три отдельных этапа:
1. механическая настройка всех углов на антенне;
2. совмещение полярной плоскости антенны с плоскостью, проходящей по линии север-юг;
3. проверка и тонкая настройка антенны на реальные спутники.
Из-за того, что технический способ позволяет разбить его на отдельные друг от друга настройки, то существенно облегчается вся работа в целом. Время затраченное на настройку, в зависимости от точности изготовленных инструментов и собственной аккуратности, для новичка может занять всего лишь час-полтора.
На чём основана поэтапная настройка?
Основа настройки всего механизма антенны - это постепенное, контролируемое изменение наклона поворотной оси, с целью придания параболе, описываемой лучом, точности наложения на виртуальную геостационарную дугу. Простым способом, с использованием транспортира, довольно проблематично осуществить точный наклон поворотной оси и деклинацию – дополнительный наклон плоскости параболоида. Поэтому, необходимо применять косвенный способ, используя для этого плоскость параболоида ( плоскость зеркала антенны ). Каким же образом использование плоскости параболоида может помочь осуществить точный наклон полярной оси антенны и одновременно установить точное дополнительное склонение самой плоскости? Оптическая ось у прямофокусной антенны всегда перпендикулярна плоскости параболоида. Так как любое изменение наклона полярной оси изменяет пологость дуги, описываемой лучём антенны ( оптической осью параболоида ), то всё это будет автоматически отражаться и на наклоне плоскости параболоида. Угломерные инструменты, размещённые на зеркале антенны и на полярной оси, позволяют осуществлять точные градусные ( азимутальные ) направления и сразу же контролировать возникающие изменения углов места. Использование градусной шкалы и знание контрольных значений углов места для нескольких азимутальных направлений позволяет за несколько раз подстроить наклон полярной оси так, что при повороте антенны углы места ( далее везде - у.м. ) на её плоскости станут принимать необходимые правильные значения для любого из этих направлений. Соответственно и дуга, описываемая лучём антенны, станет в точности накладываться на виртуальную геостационарную дугу. Добившись необходимых результатов, можно будет перейти ко второму этапу настройки – совмещению полярной плоскости антенны с плоскостью, проходящей по-линии север-юг, а затем осуществить тонкую настройку по спутниковым сигналам.
В заключение, можно сказать, что при классическом способе все механические настройки происходят по тому же самому принципу, но без возможности использования вышеперечисленных настроечных инструментов. Возникает вопрос – зачем усложнять процесс в ненужных попытках "надевания штанов через голову"? Я убеждён, что настройку полярной прямофокусной антенны новичку необходимо сначала осуществлять техническим способом с использованием точных настроечных инструментов и только потом производить тонкую подстройку углов с иcпользованием сигналов от спутников! Необходимо отметить, что настройка по виртуальным спутниковым позициям имеет ещё несколько положительных качеств. При такой настройке не требуется вычисление угла коррекции и добавочного, которое предлагается делать при классическом способе.
Примечание. Для сравнения см. А.Б. Пономаренко, Спутниковое телевидение. – М., издательство МГОУ, Трансинфо, 1992, стр. 83-85 – Наведение антенны НТВ на геостационарные спутники.; см. также В.Н. Левченко, Спутниковое телевидение, издательство «ВНV – Санкт-Петербург», 1998год, Полярная подвеска, стр. 140-142 или см. Радио Библиотека «Символ-Р» Атенны спутниковые, КВ, УКВ, Си-Би, ТВ, РВ Издательство «Символ-Р» Москва, 1998, автор глав 1-9; 13 - В.А. Никитин стр. 118-125.; John Breeds Satellite Know How! 1998 sixth edition of satellite television installation guide, стр. 2-19 – 2-27.
Эти углы и наклон полярной оси в процессе работ устанавливаются автоматически, плавно приближаясь к максимуму точности. Фактически же, настройка антенны упрощена до такой степени, что производимые работы стали похожи на настройку фиксированной антенны с азимутально-угломестной подвеской. Более того, данный способ позволяет настроить антенну даже в собственной квартире, лишь бы была для неё опора, а используя закон симметрии, настраивать антенну можно не по трём виртуальным спутниковым позициям на мнимой геостационарной орбите, а по двум. При классическом способе качественную настройку по двум позициям осуществить почти невозможно, особенно это касается неопытных настройщиков. Довольно часто бывает что та или иная часть геостационарной дуги закрыта естественными препятствиями в виде деревьев или зданий. Настраивать антенну на оставшийся видимым сектор обзора становится весьма непростой задачей.
Чтобы правильно осуществить настройку полярной прямофокусной антенны техническим способом, необходимо внимательно изучить инструкцию прилагаемую ниже, а также заранее подготовить и установить на ней относительно точные угломерные инструменты.
Установка и применение дополнительных настроечных систем с увеличенной разрешающей способностью.
Эти инструменты можно аккуратно изготовить самому.
1. Круглая азимутальная шкала ? не меньше 15 см, с градуировкой через 1о. У такой шкалы шаг в 1о на её разметке чуть больше 1мм . Я использовал оригинальную круглую градусную шкалу из оргстекла ?28 см от списанного морского навигационного прибора ( см. фото 1 и ниже ). На ней шаг в 1о равен уже 2,5 мм . Увеличенный шаг градуировки на шкале повышает точность установки азимутальных направлений и, соответственно, качество производимой настройки.
2. Для измерения углов места можно использовать часть сегмента от большого транспортира ? 40 см ( см. фото 2 и ниже ) с разметкой через 1о ( шаг равен почти 4мм ). Градуировку на сегменте рационально разметить до максимально возможного угла места в данной точке приёма, значение которого необходимо заранее вычислить по известной формуле. Для измерения углов места используется отвес с тонкой нитью, закреплённый на этом транспортире. Нить с отвесом должна быть закреплёна точно в нулевой точке отсчёта. Для измерения углов места на плоскости зеркала антенны необходимо использовать длинную, не сгибающуюся от собственного веса, прямую рейку – лучше алюминиевый уголок. Закрепив на этом уголке транспортир с отвесом и установив его на плоскость зеркала параболоида, можно получить довольно точные измерения углов места. Наличие специального угломерного инструмента повысит качество настройки.
3. Раздвижной шток временно устанавливается на место мотора. С его помощью во время настройки фиксируются градусные направления антенны на виртуальные спутниковые позиции согласно шкалы, установленной на её полярной оси. Чтобы его изготовить, необходимо в середине металлической пластины вырезать длинный паз шириной чуть больше диаметра крепёжного болта актуатора. Жёсткое соединие одного конца штока в месте подсоединения мотора к параболоиду позволяет второму соединению двигаться свободно. Фиксацию можно легко осуществлять при помощи простой или барашковой гайки ( фото 1 и 3 ). Кроме того, в случае поломки актуатора во время эксплуатации антенны, установка штока позволит хотя и в ручную, но всё же зафиксировать нужное направление на популярный спутник, пока не будет отремонтирован или заменён мотор.
Подготовка антенны. Расчёт углов места для виртуальных спутниковых позиций.
Первоначальная сборка антенны идёт согласно инструкции завода изготовителя. Далее, установив градусную шкалу на валу полярной оси, необходимо согласовать ( синхронизировать ) её направление 0о с направлением оптической оси параболоида, когда эта ось ( луч антенны ) совмещена и находится в полярной плоскости антенны. На практике эта синхронизация осуществляется так.
В начале необходимо круглую градусную шкалу закрепить на верхнем болте ( или на нижнем, кому как удобней ), через ось которого проходит поворотная ось полярной подвески антенны. Центр вращения шкалы должен быть точно совмещён с центром вращения оси этого болта. Иначе при поворотах антенны круглый край шкалы будет радиально смещаться из стороны в сторону относительно поворотной оси, то есть возникнет дисбаланс ( фото "дисбаланс" ),
из-за которого невозможно будет установить точный отсчёт градусных значений. Во избежание этого градусную шкалу необходимо отбалансировать следующим образом.
Около её круглой кромки на неподвижной части подвески устанавливается острый штифт ( фото 1, "дисбаланс" и фото 3 ). В дальнейшем он будет использоваться как начало отсчёта спутниковых направлений относительно южного направления полярной плоскости антенны. При поворотах антенны вокруг её полярной оси ( установленная на ней градусная шкала также поворачивается ), можно заметить сначала увеличение, а затем уменьшение ( или наоборот ) зазора между круглой кромкой шкалы и этим штифтом. Радиально смещая её в ту или другую сторону относительно оси болта, необходимо добиться минимального изменения этого зазора во время поворотов антенны. Затем отбалансированная шкала с осторожностью закрепляется.
После балансировки шкалы можно приступать к синхронизации. Как же точно совместить невидимую оптическую ось параболоида с невидимой глазом полярной плоскостью антенны? На первый взгляд эту синхронизацию сделать невозможно. Однако это не так.
Известно, что при повороте зеркала антенны вокруг наклонённой поворотной полярной оси её луч очерчивает в пространстве параболу. Значит, если задать два одинаковых угла поворота антенны на запад и восток от её полярной плоскости, то есть от собственного направления 0о, но противоположных по значению, например, ±45о, то по закону симметрии мы должны получить два одинаковых у.м. на антенной плоскости.
Примечание. В данном случае азимут направления технический и более подходит к астрономическому, чем к геодезическому. Для упрощения восприятия при производстве настроечных работ, отсчёт предлагаю производить в обе стороны от точки направления на виртуальный юг полярной плоскости антенны, то есть от 0о на установленной шкале. «В геодезии принято отсчитывать азимуты от направления на точку севера по часовой стрелке ( через точки востока, юга и запада ) от 0 до 360о. В астрономии азимуты отсчитываются в том же направлении, однако часто начиная от точки юга. Тем самым астрономическое и геодезическое азимуты отличаются друг от друга на 180о, поэтому важно при решении той или иной задачи на небесной сфере выявить с каким именно азимутом приходится иметь дело.» - Энциклопедический словарь юного астронома, Н.П. Ерпылев, Москва, Педагогика, 1980, стр. 181.
Если теперь установить ось параболоида ( луч антенны ) в среднее положение – 0о, то есть направив его вдоль биссектрисы общего угла, в данном случае – угла 90о=45о(восток) +45о(запад) и подвести штифт к градусной шкале в положение 0о, то произойдёт синхронизация трёх элементов антенны: шкалы, луча параболоида и полярной плоскости антенны. В данном случае значение 0она градусной шкале окажется точным отражением направления оптической оси параболоида, а остриё штифта - местом прохождения полярной плоскости антенны. На практике это делается так.
1. Прежде чем приступать к синхронизации, необходимо вспомнить ранее прочитанное и ещё раз проверить чтобы отсутствовал наклон поворотной оси в любую из сторон от её полярной плоскости, то есть по линии запад-восток. Не выполнив это условие, дальнейшая точная настройка теряет всякий смысл! Подтверждение правильности крепления стакана к опоре, а следовательно и нулевого наклона полярной плоскости, можно проверить при помощи нити с отвесом. Труба с её опорой для установки антенны должна иметь строго вертикальное положение. Механизм поворотной полярной оси антенны должен быть правильно приварен к подвеске крепления стакана. Соблюдение этого условия лежит на совести производителя антенны. Если на вертикально установленной трубе всё же присутствует наклон полярной оси в любую из сторон по линии запад-восток, то качественно настроить антенну техническим способом будет также невозможно, как и классическим. Устранить дефект производителя можно косвенным образом, установив трубу крепления так, чтобы полярная ось антенны оказалась наклонённой только по линии север-юг, то есть полярная плоскость антенны совместилась с полярной осью Земли.
2. Используя транспортир с отвесом, установить примерный наклон полярной оси соответственно значению широты в месте приёма.
3. Повернуть антенну на валу полярной оси в положение, когда её плоскость примет приблизительный, но максимально возможный у.м.. Установив угломерный инструмент на плоскость зеркала и поворачивая антенну на полярной оси, по нити отвеса определяется изменение показаний градусных значений на сегменте транспортира. Когда максимальный у.м. приблизительно найден, то необходимо зафиксировать параболоид и подвеску с помощью штока в местах подсоединения мотора ( актуатора ).
4. Зафиксировав параболоид, установить положение штифта напротив значения 0о на гр. шкале ( см.фотографии ).
5. Ослабив шток, попеременно повернуть антенну на её полярной оси так, чтобы остриё штифта установилось на ±45о. Также поочерёдно в этих противоположных позициях закрепить шток и измерить углы места на плоскости зеркала. Но вряд ли с первого раза значения противоположных углов места будут одинаковыми! Согласно пункту 3 невозможно установить точный угол места. Ведь вблизи положения максимального угла значения других у.м. на антенной плоскости имеют почти такие же значения и начинают убывать и изменяться только на десятые доли градуса. С помощью транспортира довольно сложно с первого раза "угадать" это положение антенны. Но возникшую погрешность легко заметить, если измерить углы места при направлении ±45о, что и было сделано. Ошибка в полградуса и даже меньше при таких противоположных наклонах плоскости параболоида станет уже хорошо заметной – она удвоится! Например, при начальной погрешности в 1о значения противоположных углов места могут оказаться такими: западный у.м. – 14о, а восточный – 16о. Возникновение разницы в два градуса хорошо заметно на шкале большого транспортира. Если теперь внести поправку и сместить штифт относительно аз. шкалы на один градус, то при следующем измерении западный у.м. увеличится на 1о, а восточный уменьшится на такую же величину и значения противоположных у.м. окажутся равными по 15о.
Практически ошибка устраняется просто. Зная величину погрешности, необходимо возвратить антенну обратно в первоначальное положение, установив значение 0о шкалы напротив штифта, после чего гайкой закрепить раздвижной шток. Ослабив крепление штифта, сместить в нужную сторону его остриё ( в данном случае на 1о ) относительно шкалы и вновь закрепить его. Затем необходимо проверить и измерить значения углов места
согласно пункту 5.
Осуществив с помощью градусной шкалы синхронизацию двух направлений, то есть совместив ось параболоида с полярной плоскостью антенны, появляется возможность производить точные градусные направления антенны по этой шкале относительно собственного южного направления полярной плоскости. Остриё штифта в данном случае отображает начало отсчёта градусных значений. Если при покупке антенны на её полярной оси уже установлена маленькая заводская шкала, то точность "синхронизации" вышеуказанным способом будет гораздо меньше, что негативным образом может отразится и на самой настройке антенны.
Чтобы приступить к точной настройке угла наклона полярной оси, необходимо знать точные значения хотя бы двух пар градусных направлений и точные углы места для каждого из них.
В данном случае вычислять значения виртуальных азимутальных направлений не надо, так как любое точное направление можно установить, используя градусную шкалу. Остаётся вычислить для этих направлений углы места. В результате возникнет график соотношений пар: Аз. - У.М.. Имея такой график, можно приступать к непосредственной настройке и проверке углов на антенне ( чем больше таких пар взято, тем нагляднее будет виден сам ход настройки антенны ). Вспомнив закон симметрии, вполне реально упростить настройку. При направлении ±45о противоположные значения углов места на антенной плоскости имеют одинаковые значения. Следовательно, все измерения можно производить, поворачивая параболоид от 0о только в одну удобную для нас сторону – на запад или на восток! Из вышеизложенного следует, что всю настройку можно осуществлять вообще по двум парам: по у.м. при значении 0о и по у.м. при значении 60о. Неопытному настройщику для большей наглядности и самопроверки желательно использовать несколько таких пар. Например, можно взять несколько градусных направлений: 0о, 30о, 60о и к каждому значению вычислить соответствующий угол места. Сразу же может возникнуть вопрос – как вычислить угол места, если неизвестно значение виртуальной спутниковой долготы для известного виртуального азимутального направления.
Вычислить виртуальную координату спутниковой долготы легко, если преобразовать формулу 1 для нахождения азимута в формулу 2 ( см. ниже ). А собственные координаты установки антенны лучше определять по топографической карте ( или используя спутниковое позиционирование – GPS), в которой значения широты и долготы выражаются в градусах, минутах и секундах, например, 58о40?30?. Чтобы не добавлять погрешность в вычислениях, значения минут и секунд обязательно переводятся в градусы. Значение минут при этом делится на шестьдесят, а секунд - на 3600.
Полученые результаты суммируются и записываются после запятой от целого числа. В данном случае имеем целые значения градусов и их десятые доли ?58,7о. Именно такие значения собственных координат необходимо подставлять в формулы. Чтобы сократить время на расчёт всех необходимых углов, можно ввести эти формулы в компьютер. Известная программа Excel сама справится с задачей. Если при вводе формул компьютер укажет на ошибку, необходимо проверить и, вместо запятой в компьютерной формуле 6, ввести точку ( как у кого настроен компьютер ). Пробелы между знаками так же недопустимы. Дробные значения собственных координат опять же могут записываться с точкой или с запятой в соответствии с тем, что принимает компьютер.
=ATAN(TAN((B4-$C$2)*PI()/180)/SIN($B$2*PI()/180))*180/PI() (4)
=ACOS(COS((B4-$C$2)*PI()/180)*COS($B$2*PI()/180)) (5)
=ATAN((COS(D4)-0,1512)/SIN(D4))*180/PI() (6)
=ATAN(TAN((C4)*PI()/180)*SIN($B$2*PI()/180))*180/PI()+($C$2) (7)
Подставим формулы: 4 в ячейку С4; 5 в D4; 6 в E4. Установим собственное значение широты точки приёма в ячейку B2, а долготу в C2. Теперь, при вводе значения известной спутниковой долготы в пустую ячейку B4 и нажав Enter, в ячейке C4 получим искомое значение азимутального направления, а в ячейке E4 – значение угла места. Если скопировать эти формулы вниз каждую в своей колонке, то подставляя по порядку в колонку (B) известные значения градусных спутниковых долгот, можно получить таблицу со всеми необходимыми параметрами Долгота сп. – Аз. – У.М. . Данную таблицу можно применять для расчёта углов при настройке фиксированной антенны. Эти формулы также применимы и для настройки полярной антенны.
Точное значение виртуальной спутниковой долготы и угол места для известного азимутального направления проще и лучше вычислять по-другому, используя формулу 7. В этом случае необходимо ввести формулы: 7 в ячейку В4; 5 в D4; 6 в Е4. Теперь, если в пустую ячейку С4 ввести известное значение азимутального направления ( формулу 4 для нахождения азимута в эту ячейку в данном случае вводить нет необходимости ) и нажать Enter, то соответственно в ячейке В4 получим значение виртуальной спутниковой долготы, а в ячейке Е4 угол места для этого азимутального направления. Скопировав эти формулы вниз, каждую в свою колонку, далее при вводе в нижние ячейки в колонку (С) других целых значений азимутальных направлений, в колонках ( В и Е ) получим все необходимые параметры: значения виртуальных спутниковых долгот, а также углы места, согласно таблице, указанной выше ( Вирт. долг. сп. – Аз. – У.М. ). Если собственная долгота приёма находится западнее от Гринвича, то в формулы должны быть внесены поправки.
В графике соотношений пар "Аз.-У.М." намеренно взяты целые значения аз. направлений. Это было сделано с целью уменьшения погрешности при установке направлений во время настройки антенны. Углы места при таком варианте в основном будут иметь дробные значения. Увеличенная шкала транспортира по сравнению с аз. шкалой при измерениях, по идее, должна снизить возможные погрешности. Можно применить и обратный вариант. Тогда дробные значения на азимутальной шкале можно было бы фиксировать при помощи штока, а измерять транспонтиром с отвесом целые значения углов места стало бы легче ( имеются ввиду погодные условия, например, если ветер раскачивает отвес ).
Хочется отметить, что применение этих формул для вычисления азимутальных спутниковых направлений для полярной антенны не совсем корректно. Но на качество производимой настройки это обстоятельство практически не влияет. Кратко рассмотрим этот ньюанс. Чем больше установлено градусное значение на реальный спутник, тем больше возникает погрешность между вычисленным и реальным направлением по градусной шкале - рис.2(1). Эта погрешность невелика. Возрастает она постепенно, всё более увеличиваясь к краям дуги. Почему так происходит? Геодезический азимут, это азимут на горизонтальной ровной плоскости. Плоскость градусной шкалы закреплена перпендикулярно к поворотной оси антенны и наклонена к горизонту, а значит, рассекает небосклон прямой линией, оставляя на нём проекцию от горизонтального азимута. При повороте антенны оптическая ось параболида очерчивает в пространстве не такую же ровную линию, а идёт по геостационарной дуге. На рисунке это красная линия. Если бы на антенне не устанавливался дополнительный угол склонения наклона плоскости параболоида, необходимое значение которого достигается во время настройки антенны, то оптическая ось параболоида очерчивала бы линию a-b-c, то есть проекцию от азимутального направления на горизонтальной плоскости.
Таким образом, из-за того, что путь по дуге всегда длиннее ( a'-b'-c'>a-b-c ), чем путь по прямой, то и значение реального градусного направления по шкале будет всё более не соответствовать вычисленному азимутальному направлению на горизонтальной плоскости. На рисунке хорошо заметно как постепенно начинает увеличиваться погрешность между реальными и вычисленными значениями. При точном направлении антенны на юг погрешность нулевая. Чтобы избежать ошибок при настройке антенны можно заранее внести поправку в расчёты. Не допустить возникновение ошибки в настройке можно, применяя практичесий метод. Вот как я это сделал.
Используя расчётные данные согласно приведённым формулам ( см. выше ), на моей антенне не было расхождений в секторе обзора вплоть до ±30о. Но я заметил, чем больше установлен азимут направления по аз. шкале, тем больше увеличивается несоответствие между расчётным и реальным азимутом. Так для вычисленного азимута 59,1Е и 63W ( исчисление идёт в обе стороны от южного направления ) на спутники 80Е и 34,5W эта погрешность достигла примерно +1о, то есть реальные направления по шкале стали иметь вид 60,1Е и 64W. ( Величина этой ошибки неодинакова для разной широты точки приёма и брать приведённое значение погрешности в качестве поправки было бы неправильно ). Поэтому, как уже было сказано ранее, осуществлять совмещение полярной плоскости с линией север-юг необходимо по направлению антенны на самый южный спутник для точки приёма, а не на "низковисящий" над горизонтом. Чтобы убедиться в правильности совмещения плоскостей, я осуществил проверку на предмет "тонкого" совмещения полярной плоскости антенны с плоскостью, проходящей к центру Земли по линии север-юг. Каким образом? Возникновение одинаковой погрешности для противоположных, но равноудалённых от нулевого градусного направления шкалы спутниковых позиций, говорит о том, что полярная плоскость антенны была очень точно совмещена с линией север-юг. Если величина погрешности неодинакова для равноудалённых азимутальных направлений, то необходимо подкорректировать совмещение плоскости с линией. Подобная проверка напоминает мне работу по осуществлению синхронизации полярной плоскости антенны с оптической осью параболоида.
Примечание. В тексте часто встречаются обозначения "азимутальное направление" и "азимутальная шкала". Я намеренно прибегаю к данной терминологии, хотя эти термины используются при настройке фиксированной антенны. Их использование в данной статье, возможно, облегчит понимание этого способа настройки.
Практическая настройка полярной антенны.
Техническая настройка углов производится за два-три приёма. В данном случае наклон полярной оси уже соответствует примерному значению широты в точке приёма. Это было сделано ранее при осуществлении синхронизации полярной плоскости антенны с осью параболоида ( см. выше пункт 2 ).
В процессе повторных настроек наклон полярной оси автоматически примет правильное положение.
1. С максимальной точностью установим по шкале азимут 0о и при помощи штока зафиксируем это положение антенны. Используя транспортир с отвесом, закреплённый на алюминиевом уголке, регулировочной гайкой установки дополнительного угла склонения плоскости параболоида ( деклинация ) произведём наклон плоскости зеркала антенны согласно первой пары графика Аз.-У.М.
Примечание.Здесь необходимо напомнить, что в данной азимутальной позиции у.м. имеет максимальное значение для широты в месте установки антенны и он не может быть большим или меньшим! Поэтому, нет необходимости вычислять и дополнительно устанавливать корректировочный и добавочный угол, как это требуется при классическом способе настройки.
2. Поочерёдно фиксируя на антенне градусные направления согласно графику Аз.–У.М., так же поочерёдно измерим углы места ( фото 2 ). Записав и сравнив полученные значения с контрольными, мы скорее всего увидим некоторое расхождение, кроме первой пары с азимутом 0о. Данное несоответствие есть результат неточной установки наклона полярной оси. При помощи транспонтира этот наклон оси установить очень непросто, но не стоит расстраиваться. Так, если этот наклон оказался меньше необходимого значения градусной широты в точке приёма, например, 54о вместо 54,2о ( исчисление ведётся от горизонтального положения и виртуального направления от точки севера к югу ), то для второго градусного направления значение угла места при измерении окажется чуть меньшим в сравнении с расчётным. Значения углов места для других направлений антенны станут ещё и ещё меньшими в сравнении с расчётными. Наоборот, если полярная ось даже чуть-чуть отклонена к вертикали относительно её правильного положения, то в сравнении с расчётными, величины измеряемых у.м. станут плавно возрастать. При том или ином неправильном наклоне поворотной оси, луч антенны очертил бы в пространстве параболу в виде пунктирных дуг, а при оптимальном наклоне – выделено жирным
Использование этого рисунка и графика соотношений Аз.-У.М. позволяет настройщику косвенным образом контролировать свои правильные или неправильные действия при настройке угла наклона полярной оси. У него появляется возможность чётко и осознанно регулировать "поднятие или опускание" краёв дуги, добиваясь постепенной установки правильности угла наклона поворотной оси, а вместе с ним и точного дополнительного склонения плоскости параболоида.
Приступая к повторной настройке, надо помнить, что коррекции необходимо подвергнуть сразу два угла: в первую очередь подправляется полярный угол наклона поворотной оси, и затем сразу же восстанавливается точное значение у.м. для аз. 0о. Выполнив это условие, далее повторяется измерение значений углов места для остальных градусных направлений.
Примечание. В зависимости от шага резьбы на регулировочной "полярной" гайке, повторный наклон полярной оси необходимо производить очень осторожно, дабы не переборщить и лишний раз не повторять потом все эти регулировки и измерения. К примеру, на моей антенне поворот гайки всего лишь на четверть оборота от правильного положения ведёт к изменению значения у.м. при аз. ±60опримерно на полградуса. Это критическая величина для антенны с диаграммой направленности в один градус ( 180см ). Преодолев эту величину, можно с уверенностью сказать, что сектор обзора антенны в данном случае не будет более чем 120о. А преодолев величину угла места на полградуса относительно правильного значения при аз. ±50о, сектор обзора антенны соответственно уменьшится до 100о. Обращаясь к рисунку вновь, можно заметить, что края геостационарной дуги как бы обрезаются и уходят из "поля зрения" луча антенны.
Добившись максимального соответствия значений углов с графиком Аз.-У.М, можно приступать к следующему этапу настройки – совмещению невидимой полярной плоскости антенны с невидимой линией север-юг, проходящей в месте установки антенны. Эта настройка осуществляется с высокой точностью, но опять же косвенным образом, используя принцип наведения на спутник антенны с азимутально-угломестной подвеской ( в начале статьи упоминается про снятую с опоры настроенную антенну, у которой вновь была осуществлена настройка на прежний спутник ).
1. Установив на уже настроенной антенне азимут направления на спутник, желательно на тот, что ближе к нулевому значению по азимутальной шкале, с помощью штока фиксируется данное положение антенны. Если все предварительные настройки были сделаны правильно, то у.м. установится автоматически. Для самопроверки можно измерить его значение на плоскости зеркала антенны и сравнить с вычисленным по формуле 3. Далее, не притрагиваясь к штоку, чуть ослабляется крепление стакана полярной подвески на опоре трубы и медленно поворачивается вся антенная система в южном направлении. В определённый момент, при правильно установленных частоте, поляризации и скорости потока, на экране должна появиться "картинка". Но она может и не появиться, если в данной точке приёма сигнал от спутника недостаточно мощный! Быстро или толчками поворачивая антенну, можно "проехать" мимо спутника, так как многие "цифровики" имеют свойство "задумываться", прежде чем показать "картинку". Допустим, изображение появилось. И так как у антенны фактический отсчёт собственного аз. направления начинается от её полярной плоскости, то, одновременно с появлением "картинки" при наведении луча антенны на спутник, мы почти точно автоматически совместили полярную плоскость антенны с вертикальной плоскостью, проходящей через ось Земли по линии север-юг в месте установки антенны. Указывая на "почти точно", надо помнить, что антенна имеет диаграмму направленности и в частности её максимум. То есть, при работе антенны луч параболоида можно представить как сильно вытянутую в пространстве каплевидную форму. Геометрически же оптическая ось параболоида проходит в середине этой "капли", то есть, по максимуму диаграммы направленности. Образно выражаясь, цепляясь боковыми краями этой "капли" за достаточно мощный сигнал от спутника, "картинка" может появиться тогда, когда точного совмещения оптической оси параболоида с направлением на спутник ещё не произошло, а следовательно и не совсем точно совместились плоскости. Точное же совмещение полярной плоскости антенны с линией север-юг не представляет большой сложности. Необходимо луч антенны установить в среднее положение её диаграммы направленности, то есть - между двумя крайними пропаданиями изображения ( или "зашумлённостями" при аналоговом сигнале ). Для этого можно установить на трубе крепления ( прямо под подвеской антенны ) третью шкалу или простую плоскость, и отметить на ней оба критических положения антенны, когда пропадает сигнал. В качестве маркера используется жёстко закреплённая на подвеске металлическая стрелка. Медленно поворачивая антенную систему на трубе, маркер должен слегка касаться этой шкалы. В момент пропадания сигнала на шкале делаются пометки. Затем необходимо установить антенну в среднее положение и осторожно, чтобы не возникло смещения, жёстко зафиксировать стакан подвески антенны на опоре трубы. Тонкую настройку можно считать законченной, если в достаточно широком секторе обзора реальные направления на спутники совпадают с показаниями на градусной шкале.
2. Если совмещение плоскостей производить всё же "по солнцу", необходимо отметить на плоскости ( установлена под подвеской ) линию, совпадающую с тенью от Солнца в истинный полдень. ( Многие заблуждаются и думают, что наступление истинного полудня соответствует 12 часам дня. В большинстве случаев это не так. ) Эта линия должна быть направленна к центру трубы. Подсоединив отвес снизу к центру вращения поворотной оси, необходимо повернуть всю антенную систему на опоре трубы так, чтобы остриё отвеса совместилось с этой линией.
Экспериментируя, настраивал и "по солнцу". В этом случае вся настройка полностью была осуществлена вслепую, то есть, вообще без использования спутниковых сигналов! Подключив ресивер, "сходу" сектор обзора антенны составил »70о ( по спутнику более 120 градусов ). Этот сектор, конечно же, мал, зато при такой настройке не понадобилось никаких вспомогательных электронных приборов. Возможно кого-то и такой результат устроит.
Совмещение плоскостей "по спутнику" гораздо точнее. Сигнал от него исходит фактически из точки на небосклоне, а расположены они на геостационарной орбите с высокой точностью ( имеются в виду не доживающие свой срок спутники ). Следовательно, погрешность при совмещении будет незначительной. Солнце, в отличии от звёзд, имеет угловые размеры. Находясь вблизи зенита, оно передвигается по небосклону практически по прямой, и простыми наблюдениями довольно трудно уловить наступление момента истинного полудня, то есть достижения высшей точки – зенита. Это трудно сделать даже при помощи морского секстанта, закреплённого на штативе. Чуть замешкаешься ( попробуй успей за Солнцем! ), даже на две минуты, и получишь погрешность в полградуса. А эта величина, как мы помним, является критической для остронаправленных антенн.
В заключение, хотелось бы ещё раз подчеркнуть, что гарантия успеха настройки полярной прямофокусной антенны техническим способом заключается, прежде всего, в точном выполнении предложенных здесь рекомендаций. Возможно, на первый взгляд, описанный способ настройки может показаться очень сложным по сравнению с различными версиями описания классического. Но, при наличии необходимых инструментов, во время работы быстро приходят необходимые навыки и осознание того, что ты действительно производишь настройку, а не тычешь "пальцем" в небо, как при классичеком способе.
Настройка офсетной поворотной антенны комбинированным способом.
Зная технический способ настройки прямофокусной полярной антенны, можно существенно упростить настройку офсетной полярной антенны, применяя комбинированный способ. Каким образом? Начинаем техническим способом, а заканчиваем классическим. То есть, технически осуществив балансировку шкалы, с её помощью синхронизируется луч антенны с полярной плоскостью самой антенны, как было описано выше. Установив по шкале известное градусное направление на самый южный спутник, при помощи штока закрепляется это положение антенны. Далее, производится поиск сигнала от данного спутника, используя принцип наведения антенны с азимутально-угломестной подвеской. То есть, в южном направлении ( по азимуту ), поворачивается на опоре трубы вся подвеска. При этом одновременно ведётся поиск сигнала наклоном вверх-вниз зеркала антенны по углу места. Настройщику важно найти среднее азимутальное положение подвески между пропаданиями сигнала. Добившись этого, будет осуществлено точное совмещение полярной плоскости антенны с линией север-юг ( в классическом способе это совмещение предлагается делать по "солнцу" ). Закрепив в этом положении подвеску на опоре трубы, этап технической настройки можно считать законченным. При этом дальнейшая настройка антенны классическим способом существенно упростится, так как теперь её необходимо будет осуществлять уже не в трех плоскостях одновременно, а только в двух – производить наклон полярной оси и деклинацию ( дополнительное склонение плоскости параболоида ). Ознакомиться с описанием классического способа настройки можно в различной литературе и в Интернете. Повторять его описание здесь нет необходимости.
Ну, вот пожалуй и всё. Желаю удачи.
