Оптимизировали облучатель на приём - потеряли на передаче, оптимизировали передачу - ухудшился приём... Каков выход из положения ?
Статья Боба Аткинса, KA1GT, немного проясняет картину.
EME dish feed optimization - what f/d? - Оптимизация облучателей параболических EME антенн - и причём здесь F/D ?
(перевод вольный)
Мы часто читаем заявления о том, что такой то дизайн облучателя, оптимизирован для тарелки с определенным соотношением f / d.
Для глубокой тарелки с f / d 0,3 требуется другой облучатель, чем для неглубокой тарелки с например f / d 0,6.
Но что это значит? И что «оптимизировано»?
Характеристики параболической антенны зависят от того, как поверхность освещается облучателем. Если облучатель концентрирует всю мощность РЧ в центре тарелки, то внешние края параболы «теряются», оставаясь не облучёнными, в другой ситуации, если поток распределяет РЧ-мощность на слишком большую площадь, больше размера параболы, тогда часть из нее вообще не попадает в отражатель, это называется «перетеканием», и снова мощность «тратится впустую». Итак, какой же угол раскрыва, должен иметь облучатель, что бы распределять мощность по тарелке?
Не вдаваясь в математику, можно просто сказать, что для максимального усиления, которое дает максимальную ERP (эффективную излучаемую мощность), то есть самый сильный передаваемый сигнал, плотность мощности на краю тарелки должна быть примерно на 10 дБ меньше, чем мощность в центре тарелки. Однако здесь есть небольшая загвоздка. Облучатель всегда находится немного дальше от края тарелки (расстояние «A» на рисунках вверху и внизу), чем центр тарелки (расстояние «B» на рисунках вверху и внизу). Если бы тарелка была сферической, A было бы равно B, но для параболы A всегда больше, чем B. Это лучше показано на более реалистичной иллюстрации параболической тарелки ниже. Поскольку плотность мощности падает пропорционально квадрату расстояния от источника, существует фактор потерь «свободного пространства», связанный с облучением антенны. Для тарелки с соотношением f / d 0,35 потеря свободного пространства от облучателя до края тарелки примерно на 3,6 дБ больше, чем от облучателя до центра тарелки. Для тарелки с f / d 0,45 это значение падает примерно до 2 дБ.
Таким образом, чтобы получить "краевое" облучение на 10 дБ ниже по краю тарелки, по сравнению с центром, с тарелкой с f / d = 0,45, интенсивность (по ДН) от источника в направлении обода должна быть на 8 дБ ниже, чем в центре. Для тарелки с f / d 0,35 требуется более широкая диаграмма, но интенсивность в направлении края тарелки теперь должна быть всего на 6,5 дБ ниже, чем в центре. Но хотим ли мы, чтобы все было оптимизировано только для максимальнго ERP (что соответствует максимальному усилению для максимальной мощности TX)? Большинство станций EME хотят получать как можно лучшую прибавку к передаче, и оказывается, что краевая подсветка, для приёма, которая могла бы дать лучшую чувствительность приемника (лучшее соотношение G / T), отличается от той,
которая обеспечивает максимальное усиление для передачи. Это происходит из-за «перелива» (см. Рисунок выше). Оптимальное облучение при передаче, для приёма выглядит, как излучающее часть мощности мимо антенны. Перелив при приеме означает, что облучатель не только «видит» сигнал, отраженный от тарелки, но также и землю за тарелкой. Земля нагревается и генерирует тепловой радиочастотный шум, который мешает любому принимаемому сигналу. Чем больше у нас побочных эффектов, тем больше дополнительных шумов мы улавливаем, и соответственно, тем слабее сигнал, который вы слышите. Таким образом, с этой точки зрения мы хотим, чтобы облучение было сосредоточено только в центре тарелки, но это уменьшит мощность и уровень принимаемого сигнала. Наиболее вероятно, что лучший компромисс между минимизацией побочного шума и максимальным усилением сигнала (максимальное отношение G / T), это значение краевой освещенности примерно на -15 дБ меньше, чем в центре. Если бы мы строили радиотелескоп, который только бы "слушал", мы могли бы спроектировать облучатель антенны для этого значения, предполагая, что это облучатель волноводного типа. Но как правило, система EME создаётся не только для того, чтобы слушать, поэтому существует компромисс между лучшей производительностью Tx и лучшей производительностью Rx, который соответствует краевому облучению антенны, со значением, где-то около -13dB на крае, по сравнению с центром. Это и даст наиболее сильное эхо.
В таблице ниже приведено оптимальное соотношение f / d антенны для наилучшей производительности Tx, наилучшей производительности Rx и наилучшей производительности Echo для трех общих каналов. Двухмодовый рупор W2IMU используется для неглубоких антенн (часто изготавливаемых в домашних условиях), в то время как облучатель OK1DFC Septum используется для многих коммерческих антенн, например, тех, которые изначально предназначались для приема спутникового телевидения. Первое число, максимальное усиление Tx, обычно прилагается к f / d, на которое рассчитан облучатель. Эти числа были получены с помощью
EMECalc.
| Peak Tx | Peak Rx | Peak Echo |
| W2IMU dual-mode | 0.58 | 0.43 | 0.46 |
| OK1DFC Septum | 0.36 | 0.24 | 0.28 |
| OK1DFC Septum and Choke | 0.37 | 0.30 | 0.32 |
Первое, что следует отметить, это то, что лучшие значения f / d для Tx и Rx различаются, а наилучшее f / d для эхо-сигналов
ближе к числу Rx, чем к числу Tx.
Возникает очевидный вопрос: насколько это важно, если вы оптимизированы для Tx, Rx или Echo. И снова EMECalc может помочь ответить на этот вопрос. Это в некоторой степени зависит от NF вашей системы, поэтому предположим, что у вас достаточно хорошая система 1296 EME и коэффициент шума Rx 0,25 дБ. Затем предположим, что вы работаете со слабой станцией с ожидаемой мощностью сигнала около -24 дБ. С заданным набором параметров для станции Dx,
если вы использовали облучатель OK1DFC с Choke на тарелке с соотношением f / d 0,37 (оптимизировано для Tx), EMECalc предсказывает, что вы увидите станцию Dx с уровнем -23,98 дБ. Если бы апертура была для f / d 0,30 (оптимизирована для Rx), сигнал Dx был бы -23,24, улучшение 0,74 дБ. Это может показаться не таким уж большим, но с тарелкой f / d = 0,37 вам придется снизить коэффициент шума Rx с 0,26 дБ до 0,11 дБ, чтобы получить такое же улучшение! 0,74 дБ легко может быть разницей между декодированием слабого сигнала и отсутствием декодирования.
Также может быть полезно наращивание тарелки, даже если это удлинение не является идеальной параболической экстраполяцией существующей поверхности параболы. Это сокращает перелив, и следовательно, может привести к небольшому увеличению производительности. Если у вас совершенно неправильная форма "удлинителя" тарелки, возможно, это может испортить всю "основу", но я думаю, что это маловероятно.
Примечание. Моделирование, вероятно, недостаточно хорошее (или входные данные недостаточно детализированы) для прогнозирования уровней сигнала до 0,01 дБ или для точного прогнозирования разницы между f / d 0,32 и 0,325, но общие выводы и тенденции верны.
Смысл всего этого в том, что цифра, обычно указываемая для облучателей (например, этот облучатель лучше всего работает с тарелками, имеющими соотношение f / d 0,37), во многом зависит от того, как «работает лучше всего» или «оптимизирован для» или «разработан» для... Число, которое вы видите, может быть не тем, которое вам нужно. Как правило, вы получите более высокую производительность, если антенна будет немного глубже (с меньшим значением f / d), чем та, которая обеспечивает максимальное усиление (= оптимизирована для Tx). В качестве альтернативы можно сказать, что настройка источника (например, диаметра волновода, размера и размещения дросселя) для максимального усиления не всегда может дать наилучшие характеристики в эфире (Rx / Tx).
Лучший выбор - настроить на максимальную чувствительность приемника (соотношение G / T). Это немного приближает нас к настройке на лучшее эхо, чем к настройке на максимальное усиление передачи. Это также намного проще сделать, поскольку если вы настроитесь на максимальный солнечный шум, вы настроитесь на лучшую производительность Rx (лучшее G / T). Трудно измерить абсолютное усиление или точную силу эха. Вы можете легко измерить солнечный шум с точностью до 0,1 дБ с помощью большинства EME систем.
---
читайте так же : (pdf)
Как это делают профессионалы - презентация радиоастрономических антенн и приемников от NRAO
