Какие бывают спутниковые антенны

Как вам известно, уровень сигнала геостационарного спутника очень мал, поэтому для приема применяются узконаправленные антенны. Любая
спутниковая антенна имеет в своем составе малошумящий деполяризатор-усилитель-конвертер (LNB - Low Noise Block). Фактически,
сама “антенна” очень мала, а громадные “тарелки” - это всего лишь отражатели, фокусирующие сигнал в одной точке. Самый простой и
распространенный тип спутниковой антенны - это однозеркальная антенна с параболическим отражателем. Как известно, замечательное свойство параболы состоит в том, что параллельные ее оси лучи она фокусирует в одну точку. Если же изготовить металлический отражатель в форме параболы, то радиоволны от спутника, отразившись от него, сфокусируются в этой точке, в которой и размещается собственно приемная антенна, встроенная в LNB. Выпускаются прямофокусные и офсетные антенны.
Прямофокусная антенна имеет осесимметричную форму, конвертер на ней располагается по центру. Принцип работы такой антенны наглядно можно увидеть на рисунке:



Подобная конструкция довольно проста, прямофокусные антенны можно собирать из отдельных “лепестков”, что дает преимущество при
изготовлении больших антенн.



К сожалению, у прямофокусных антенн имеются и недостатки. Во-первых, на рисунке “угол места” спутника (”высота” его над горизонтом) не очень большой. Если же спутник находится достаточно высоко (как чаще и бывает, например, в Москве угол места для Eutelsat W4 составляет 26 градусов), то “антенна” смотрит высоко в небо и собирает внутри все осадки.
Напомню, что СВЧ-сигнал через снег и воду не проходит. Во-вторых, у прямофокусной тарелки крепление конвертера находится довольно высоко, и для его обслуживания приходится куда-нибудь залезать.
Второй вариант - офсетные (то есть “смещенные”) тарелки, где “срез” делается не перпендикулярно оси параболы, а под некоторым углом.
Выглядит это так:



Такая антенна отражает лучи не перпендикулярно своей плоскости, а “вниз”. Конвертер у нее находится не напротив центра антенны, а
выносится в точку фокуса на “штанге”, прикрепленной к нижней части отражателя. В отличие от крепления конвертера на прямофокусной антенне, эта штанга с конвертером не “затеняют” полезную площадь отражателя, поэтому антенны небольших размеров (до метра в диаметре) преимущественно деляют офсетными.



Кстати, для жильцов дома напротив офсетная тарелка кажется направленной в их сторону, что пугает всевозможных параноидальных старушек. Они начинают писать письма во все инстанции с обвинениями владельца антенны в собственных болячках - “он нас облучает”. Не надо ставить очень большие антенны прямо перед чьими-то окнами.
Довольно важный показатель для параболической антенны - фокусное расстояние. В большинстве простых случаев оно не имеет значения, но при сборке систем для C-диапазона или установке мультифидов знание его будет очень полезно. Подробнее о влиянии фокусного расстояни речь пойдет в следующих записях, посвященных сложным приемным системам.
Отдельно следует упомянуть сетчатые или перфорированные антенны. Если "сетки”, особенно прямофокусные, довольно распространены и неплохо себя зарекомендовали в C-диапазоне, то для Ku-диапазона они не очень хороши.
Из-за эффектов волновой оптики на отражение радиосигнала не влияют мелкие отверстия в рефлекторе, по размерам сравнимые с длиной волны. Для C-диапазона вполне допустимо изготовление антенн из мелкоячеистой сетки. Такие антенны получаются дешевле “сплошных” и выдерживают большую ветровую нагрузку, а это при диаметре полтора-два метра уже критично.



В Ku-диапазоне такие антенны уже не очень хороши. Впрочем, и здесь есть возможность снизить ветровую нагрузку. Питерская фирма Lans выпускает небольшие (60, 90 и 120 см) перфорированные антенны для Ku-диапазона.
Они делаются не из сетки, а из металлического листа с небольшими (2-3мм) отверстиями. Стоимость, правда, возрастает за счет использования
перфорированного стального листа, но не критично. У меня стоят две такие антенны (60 и 90 см), я не жалуюсь.



Кроме однозеркальных параболических антенн, существуют и другие варианты антенн с отражателем. Я упомяну про антенны Кассегрена, Грегори и тороидальные антенны. Схемы Кассегрена и Грегори - это антенны с двумя рефлекторами. У Кассегрена первый рефлектор имеет параболическую форму, второй - гиперболическую, у Грегори оба рефлектора - параболы. Полезное свойств таких антенн - низкая кроссполяризация, то есть они эффективно предотвращают “смешивание” сигналов разных поляризаций. В большинстве случаев это неважно, но такие антенны используются некоторыми энтузиастами спутникового ТВ. Подробнее о них можно прочитать на форуме Альяно.
На фотографии - антенна Грегори, сделанная на базе обычной офсетной “параболы”.



Отдельно стоит упомянуть про “тороидальные” антенны. Этот тип двухзеркальных антенн появился сравнительно недавно, но сразу получил
большое распространение. Замечательное свойство тороидальной антенны состоит в том, что она нормально фокуирует всю “дугу Кларка”, а не
один-единственный спутник, на который она направлена. Такая антенна позволяет одновременно принимать спутники с разбросом орбитальных
позиций в 50 градусов. Согласитесь, звучит заманчиво. К сожалению, сейчас выпускаются только тороидалки, эквивалентные по параметрам 90 см антенне, а это не очень много для приема интересных “европейских” спутников. В Москве на 90 см можно принимать 9E, 13E, 36E и 80E - две
“обычные” тарелки (одна с мультифидом 9+13+36) обойдутся дешевле.



В сытой и богатой Европе, над которой висит множество мощных спутников, иногда применяют диэлектрические антенны, в которых фокусировка осуществляется “линзой” из диэлектрика. Знающий физику поймет, не знающий - поверит на слово.
Отражатель в таких антеннах - плоский, а LNB крепятся на специальном держателе.



Кроме того, недавно появились плоские антенны. В них нет LNB, а антенна состоит из множества одинаковых приемных “модулей”, работающих по принципу фазированной решетки. Контролер антенны может переключать эти модули в соответствии с заданным направлением и поляризацией сигнала.



Стоимость даже небольшой такой антенны довольно высока - представьте, сколько в ней напихано малошумящих СВЧ-транзисторов.
Напоследок упомяну о том, что в той же благополучной Европе для приема спутников можно применять и “обычные” направленные антенны (вариации на тему Яги, радиолюбители поймут). В таких антеннах LNB “встроен” в антенну - как усилитель в популярные “польские” антенны для эфирного ТВ.
Несмотря на обилие “экзотических” антенн, “любительские” системы приема спутникового ТВ обычно построены на базе однозеркальных параболических антенн. Поэтому дальше речь пойдет именно про них.
В России и на Украине доступно огромное количество спутниковых антенн разных производителей: польские Globo, Mabo, датские Triax, харьковские “Вариант”, ульяновские “Супрал”, петербургские Lans, немецкие Golden Interstar, и многочисленные китайские поделки на тему “2 метра из фольги”. Выбор богат, но сильно зависит от региона, поэтому ограничусь
общими рекомендациями.
Большие антенны (более 120 см в диаметре) применяются в основном в C-диапазоне, для них важно знание фокусного расстояния для правильного выбора облучателя на конвертер. Эти антенны часто бывают прямофокусными. В C-диапазоне допустимо применение недорогих антенн из мелкоячеистой сетки.
Антенны диаметра 120 см и ниже чаще бывают офсетными и применяются для Ku-диапазона. Перфорированные антенны малых диаметров не распространены, но смотрятся необычно.
Основные размеры антенн - 40, 60, 90, 120, 150 и 180 см. Антенны больших диаметров применяются редко. Чем меньше диаметр антенны, тем проще ее настраивать - шире диаграмма направленности (легче “попасть” в спутник) и проще вращать антенну.
“Сплошные” металлические антенны делаются из стали или алюминия. Стальные антенны прочнее и выдерживают более сильный ветер. К сожалению, они довольно тяжелые и дорогие, а также подвержены коррозии при отсутствии обслуживания. Алюминиевые антенны не ржавеют, но менее прочны - особенно грешат этим китайцы, делающие антенны чуть ли не из фольги.
При сильном ветре дешевую 120 см прямофокусную тарелку буквально “сворачивает в трубочку”.
Иногда “в хозяйстве” оказываются антенны от всевозможной военной или связной техники. При наличии прямых рук такие антенны идеально подходят для приема спутникового ТВ, а стоимость трехметровой “сетки” от списанной тропосферной станции может составить две по 0.7 .