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.
Также читайте:Моторизованные позиционные системы
Прямофокусные антенны
