Полярный подвес спутниковой антенны и его методика расчета

Полярный подвес в отличие от азимутального подвеса позволяет реализовать последовательный прием сигналов с нескольких геостационарных спутников путем поворота антенны на выбранные спутники, находящиеся над горизонтом. Полярный подвес – это поворотное устройство, позволяющее путем простого перемещения по одному направлению (изменяется только азимут) настроиться на любой спутник в области уверенного приема (см. раздел Проблемы спутникового приема и передачи сигнала).

Расчет и настройка полярного подвеса сложная процедура, требующая знаний в стереометрии. Она состоит из определения угла элевации, угла деклинации и корректирующего угла (см. Рис. 3.9).

Угол элевации – важный угол для настройки полярной подвески спутниковой антенны. Угол, необходимый для наклона оси вращения антенны, чтобы обеспечить поворот антенны перпендикулярно оси вращения Земли и прием всех доступных спутников в области видимости спутниковой антенны. Ось вращения антенны называется полярной, и она должна быть параллельна земной оси. На экваторе полярная ось параллельна земной поверхности, а чем севернее точка приема, тем на меньший угол от вертикали будет отличаться наклон полярной оси.

Угол деклинации – это угол наклона оси приема антенны. Чтобы исправить эту ситуацию, антенну следует наклонить относительно полярной оси на определенный угол. Этот угол называется углом деклинации.

Корректирующий угол – это угол не превышающий одного градуса, который обеспечивает описывании, при повороте антенны, кривую точно по поясу Кларка. На величину корректирующего угла уменьшаются углы деклинации и элевации. Если не учитывать этот угол, то при приеме спутников, расположенных на востоке и западе от точки места установки спутниковой антенны, луч приемной антенны будет описывать окружность ниже пояса Кларка (штриховая линия на рис. 3.9) и прием будет невозможен.

Угол поворота полярной подвески – это угол, на который нужно повернуть антенну вокруг полярной оси (относительно направления на юг) для настройки на определенный спутник. Этот угол не равен разнице между азимутами спутника и азимутом направления на юг. Отрицательное значение угла означает поворот полярной подвески на запад относительно южного направления, положительное – на восток.

Рис. 3.9. Полярный подвес и углы установки спутниковой антенны

Рис. 3.9 показывает, чтот из любой точки Земли видна только часть геостационарной орбиты. На экваторе размер видимой части геостационарной орбиты составляет примерно 164^о. С точки зрения наблюдателя в северном полушарии, находящегося в средних широтах, при приеме сигнала со спутника с южного направления ориентация конвертора спутникового приемника должна быть строго вертикальна (для уверенного приема сигналов с вертикальной или горизонтальной поляризацией). При приеме сигнала с других направлений ориентация конвертора должна быть под углов к вертикали.

Рассмотрим вариант расчета для наиболее общего случая спутниковой антенны с моторизованным подвесом для обеспечения настройки на различные спутники в зоне их видимости.

Исходные данные для расчета параметров установки спутниковой антенны:

– долгота спутника – j_сп ;

– широта y_а и долгота j_а местности установки спутниковой антенны ;

– радиус геостационарной орбиты h_го = 35875 км ;

– радиус Земли R_з = 6375 км .

Основная цель расчета состоит в том, чтобы рассчитать основной параметр установки спутниковой антенны – угол наклона на спутник с учетом координат местности и конструктивных особенностей антенны.

1. Вычисляем наклон полярной оси в местности, где устанавливается спутниковая антенна или определяем угол элевации:

2. Формула для вычисления угла деклинации согласно рис. 3. 10

Рис. 3.10. Схема вычисления угла деклинации в южном направлении (для северного полушария)

будет следующей:

.

3. Корректирующий угол (угол коррекции) зависит от широты места установки спутниковой антенны и составляет величину, не превышающую одного градуса. Угол коррекции – это разность углов настройки спутниковой антенны, настроенной на пояс Кларка между направлением на юг (для северного полушария) и на запад (или восток).

Для вычисления корректирующего угла определим угол деклинации в направлении запад (восток). Схема, поясняющая принцип вычисления значения этого угла приведена на рис. 3.11.

Рис. 3.11. Схема вычисления угла деклинации в западном (восточном) направлении (для северного полушария)

В итоге получаем следующее выражение для вычисления угла деклинации в направлении на запад (или восток):

.

В итоге корректирующий угол равен

4. Угол поворота полярной подвески в азимутальной плоскости вычисляется из формулы (4–6) вычисления азимута установки антенны на азимутальном подвесе. Для полярного подвеса – это вспомогательный угол, который используется в основном для начальной настройки спутниковой антенны на заданный спутник и его известный транспондер.