Главная Обратная связь

Дисциплины:






Модифицированная полярная антенная подвеска



Обычный недорогой метод слежения за геостационарной орбитой спутников осуществляется при помощи модифицированной полярной антенной подвески. Движение антенны ограничивается в пределах одной оси таким образом, чтобы получаемый угол места изменялся по мере поворота антенной тарелки от горизонта к горизонту. Самым дешевым способом управления антенной является использование моторизованного винтового домкрата, именуемого линейным приводом (актуатором).


Устройство полярной антенной подвески
производства Channel Master USA

Полярные подвески применяются астрономами в течение многих лет для компенсации вращения Земли во время наблюдения за небесными телами.


Полярная антенная подвеска со смещением наклона 0°

Обычно угол полярной оси устанавливается равным широте места приема сигнала, чтобы, используя вращение антенны вокруг полярной оси, можно было следить за отдаленным фиксированным объектом по мере вращения Земли. Полярная ось параллельна линии пересечения Северного и Южного полюсов, поэтому антенна будет направлена прямо в пространство(рисунок выше) отслеживая дугу орбиты, приведеную на рисунке:


Дуга, отслеживаемая полярной антенной подвеской
со смещением наклона 0°

Угол, который зависит от широты и называется углом смещения наклона, затем вводится дополнительно таким образом, чтобы антенна «опустилась» на геостационарную орбиту спутников.


Полярная антенная подвеска со смещенным наклоном

Угол смещения наклона определяется как разность между высшей точкой наклона антенны (то есть 90° минус высшая точка угла места или угол наклона антенны) и углом полярной оси (широтой). Термин «высшая точка» (зенит) означает наивысшую точку наблюдения геостационарной орбиты, которая соответствует югу в Северном полушарии и северу в Южном полушарии Земли. Путаница возникает из-за того, что вместо термина «смещение наклона» традиционно используется просто «наклон». Ее можно избежать, заменяя последний термин описанием угла, соответствующего углу наклона антенной тарелки.

Из-за относительного приближения геостационарной орбиты к поверхности Земли дуга окружности, отслеживаемая вышеописанной установкой, не совсем точно вписывается в эллиптическую форму геостационарной орбиты.


Дуга, отслеживаемая полярной антенной со смещенным наклоном

Модификация, предложенная английским инженером С. Дж. Беркхиллом еще в 1970 году, состоит во введении небольшого, но имеющего важное значение корректирующего коэффициента угла для компенсации неточности слежения. Этот угол всегда меньше, чем 0,75°.

В результате угол полярной оси увеличивается путем наклона ее слегка вперед, что приводит ранее описанный угол смещения наклона к адекватному значению. С тех пор установка модифицированной полярной подвески является общепринятой. Для непосредственного вычисления измененного смещения угла наклона α можно применить выражение (1), а для вычисления небольшого корректирующего коэффициента β, который добавляется к полярной оси, можно воспользоваться выражением (2):



(1) α = 90° - tan^-1 ((m² - cos²φ) / sinφ), градусы
(2) β = tan^-1 (((m² - cos²φ)^-1/2) / sinφ) - tan^-1 ((m - cosφ) / sinφ), градусы
где φ - широта места приема, градусы;
α - модифицированный угол смещения наклона, градусы;
β - небольшой корректирующий коэффициент полярной оси, градусы;
m - отношение геостационарной орбиты к радиусу Земли (то есть 6,61).

Графики выражений (1) и (2) для различных широт представлены на рисунках:


График, показывающий изменение угла смещения
наклона антенны α, с изменением широты

 


Корректирующий коэфициент β, применяемый при
расчете геометрии полярной подвески

 

Точность вычислений углов находится в пределах ±0,05°. Если значения, полученные в результате вычислений по формулам (1) и (2) для различных широт, свести в таблицу или построить по ним график, то можно заметить, что они с незначительной погрешностью соответствуют значениям, полученным с помощью выражений (3) и (4):

(3) φ (=) 8,6 sin φ, градусы
(4) β (=) 0,69 sin 2φ, градусы

Последние выражения гораздо легче для вычислений. В дальнейшем еще будут обсуждаться вопросы, касающиеся установки модифицированной полярной подвески и таблиц достоверных значений углов, устанавливаемых для различных широт. Здесь же достаточно указать, как углы α и β связаны с общей терминологией, использующейся для определения углов при установке полярных подвесок.

Высшая точка наклона (соответствует наклону рабочей поверхности антенны на юг) = α + β + φ.
Высшая точка угла места = 90° - (α + β + φ) или (90° - высшая точка наклона).
Полярная ось = φ + β.
Полярное возвышение = 90° - (φ + β) или (90° - полярная ось).

В конструкции обычной недорогой полярной подвески применяется линейный привод. Если в Вашем городе нет в продаже таких конструкций, то полярную подвеску можно заказать по своим чертежам и параметрам, ведь изготовление металлоконструкций на заказ стало доступно. Можно не выезжая из своего города, заказать проектирование и монтаж металлоконструкций любой сложности. Приводы выпускаются различных размеров, чтобы соответствовать конкретным размерам антенных тарелок, и управляются в основном от источников питания напряжением 36 В, реже 24 В либо 12 В, с блока управления позиционером. Пределы перемещения привода ограничивают слежение за геостационарной орбитой значениями около ±50° (то есть 50° на восток и 50° на запад). Чтобы предотвратить выход домкрата за пределы ограничения в любом направлении, часто предусматривается переключение пределов регулирования.

Антенные подвески типа «горизонт-горизонт»

 

Термин «горизонт-горизонт», или H-H, используется для того, чтобы отличать данные подвески от полярных, действующих при помощи обычных приводов с ограничением передвижения. В основном такие подвески применяются для небольших антенн размером до 1 м, но некоторые модели приспособлены для антенн размером 2,5 м. Одноосные антенные подвески H-H являются полярными подвесками, но существуют также двухосные варианты подвесок, которые фактически являются моторизованными подвесками AZ/EL. Одноосные подвески H-H управляются непосредственно при помощи двигателя и редуктора и способны перекрывать азимут в 180°, откуда и происходит их название. Изоляция труб в таких конструкциях не нужна. Вариант типичной одноосной подвески представлен на рисунке:


Типичная одноосная антенная подвеска H-H производства
Qakwood International Corporation


Полярное возвышение устанавливается от угла места тарелки, а высшая точка угла наклона - от верхнего наклона кронштейна. Хотя многие механические регулировки выполняются в соответствии с указаниями изготовителя, две вышеуказанные регулировки полярной подвески все же необходимо выполнить. Число импульсов, поступающих от позиционного датчика, меняется примерно от 3 импульсов до 4,5 импульсов на градус в зависимости от конкретной модели. Позиционные датчики могут быть герконовыми, оптическими и резистивными. Чтобы предотвратить повреждения рефлектора антенны, предусмотрено переключение пределов регулирования. Диапазон установок полярного возвышения антенных подвесок типа H-H составляет обычно 0-60° или 20-70°, а диапазон значений высшей точки наклона - 0-40°.

Роботизированные антенные подвески AZ/EL

Роботизированные антенные подвески AZ/EL (двухосные подвески H-H) предназначены для приема сигналов с нескольких спутников и оснащены электроприводом для вращения в двух осях, как по азимуту, так и по углу места. Подвески данного типа можно навести (нацелить) на любой выбранный спутник, находящийся на геостационарной орбите, с непревзойденной точностью. Они часто классифицируются в качестве разновидности подвесок типа H-H, однако важно помнить, что в отличие от одноосных подвесок H-H они не являются полярными подвесками по принципу действия. Сложный сдвоенный цифровой сервопривод, управляемый микропроцессором, приводит в движение два редукторных электродвигателя, которые нацеливают антенну на любые предварительно запрограммированные координаты AZ/EL, хранящиеся в памяти. Оснащенные соответствующей системой программного электронного управления, они осуществляют слежение за спутниками на наклонных геосинхронных орбитах. Это было бы невозможно в случае применения одноосной полярной подвески. Если антенна большая и тяжелая, то при установке можно прибегнуть к услугам грузчиков в Москве. Стоимость данных подвесок достаточно высока по сравнению с полярными подвесками приводного типа и одноосными подвесками типа H-H, что может служить причиной относительной редкости их использования. Для управления двухосной системой необходимо усовершенствованное устройство позиционера, работа которого описывается в следующем разделе.





sdamzavas.net - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...