Jak ustawić antenę satelitarną.docx

 Jak ustawić antenę satelitarną

JAK USTAWIĆ ANTENĘ SATELITARNĄ

Aby umożliwić łatwy i tani odbiór programów telewizyjnych (jak również radiowych bądź innych usług np. dostęp do internetu) za pomocą satelity, należało zapewnić stałe położenie satelity na niebie. Ponieważ każdy przedmiot umieszczony w kosmosie w pobliżu Ziemi, aby nie spadł pod wpływem ziemskiej grawitacji, jest wprawiony w ruch wokół naszej planety. Dzięki równowadze siły grawitacji i siły przyśpieszenia odśrodkowego możliwy jest ruch obiektu na stabilnej orbicie. Okres obrotu (czas potrzebny do zatoczenia pełnego koła orbity) zależy od ciężaru obiektu i odległości. Poprzez dobór odległości od Ziemi i dobór ciężaru satelity znaleziono orbitę, na której obiekt może się poruszać z prędkością kątową identyczną jak prędkość kątowa obrotu dziennego Ziemi. Taką orbitę nazywa się orbitą geostacjonarną. Satelity są rozmieszczone nad równikiem. Na satelitach umieszczone są anteny nadawcze które emitują fale radiowe uformowane w wiązki w określone miejsca na Ziemi. Im szersza wiązka (tzn. pokrywa większy obszar na powierzchni Ziemi) to moc docierającego sygnału jest większa. Początkowe układy antenowe charakteryzowały się wiązkami o łagodnie zanikającej sile sygnału. Wewnątrz strefy odbioru należało się liczyć z dużymi wahaniami mocy odbieranego sygnału. Obecne anteny na satelitach potrafią nadawać fale radiowe w wiązkach o 'ostrym' przejściu do strefy braku odbioru. Ponadto wewnątrz obszaru moc sygnału nieznacznie się waha. Jako przykład podam charakterystyki wiązek: starego satelity, rysunek 1a i nowego typu rysunek 1b. Na moc nadawanego sygnału nakłada się kilka ograniczeń. Pierwszy to maksymalna dopuszczalna moc sygnału promieniowanego w kierunku Ziemi. Ma to zapobiegać szkodliwemu wpływowi mikrofal na organizmy żywe, a ponadto redukuje wzajemne zakłócanie się sygnałów z różnych satelitów. Następne ograniczenie to moc jaką można zasilać elektronikę satelity. Wielkość baterii słonecznych jest ograniczona przez konieczność zachowania konkretnej masy satelity aby mógł się poruszać po orbicie geostacjonarnej. Antena odbierająca sygnał nadawany przez satelitę musi być kierunkowa aby nie odbierać sygnałów od innych satelitów. Dodatkowo od anteny wymaga się tzw. zysku energetycznego. Wynika on z faktu iż powierzchnia czaszy anteny jest wielokrotnie większa niż powierzchnia odbiorcza w konwerterze. Im większa czasza tym większy zysk energetyczny anteny. W praktyce oznacza to że większe anteny lepiej sobie radzą z obiorem słabych sygnałów.
 

Położenie anteny odbiorczej
Jak już wcześniej napisałem zadanie anteny jest odbiór sygnałów z konkretnego kierunku i jego 'wzmocnienie' (zysk energetyczny) przed doprowadzeniem fal radiowych do konwertera. W odróżnieniu od anten TV naziemnej nie wystarczy tylko ustawienie anteny względem płaszczyzny poziomej. Konieczne jest jej ustawienie również w płaszczyźnie pionowej. Jako miary ustawienia anteny przyjęto podawać: azymut, czyli kąt pomiędzy kierunkiem południowym a kierunkiem odbioru anteny w płaszczyźnie poziomej; jak również elewację czyli kąt odchylenia od pionu anteny (czyli zorientowanie anteny w płaszczyźnie pionowej). Ponieważ azymut może oznaczać obrócenie w jednym z dwóch kierunków, to przyjęto azymut skręcenia anteny w kierunku wschodnim podawać jako wartości ujemne, a w kierunku zachodnim jako wartości dodatnie. Typową miarą kątów azymutu i elewacji są stopnie.

Kąty azymutu i elewacji anteny satelitarnej

Wartości katów azymutu i elewacji zależą od umiejscowienia anteny na Ziemi. W celu ich wyznaczenia musimy znać współrzędne geograficzne miejsca (szerokość i długość geograficzna) gdzie chcemy antenę zainstalować. Można posłużyć się mapami topograficznymi. Dla celów orientacyjnych Dla środka polski można przyjąć współrzędne: szerokość geograficzna 52 stopnie i długość geograficzna 19 stopni. Aby na podstawie współrzędnych geograficznych miejsca instalacji anteny obliczyć kąty azymutu i elewacji należy posłużyć się następującymi wzorami:

Kąt elewacji (El)
El = arctan[(cosx - 0,1513)/sinx]
wielkość pomocnicza x = arccos[cos(L-S) * cosB]
Kąt azymutu (Az)
Az = arctan[tan(L-S)/sinB]

gdzie:
S - długość kątowa pozycji satelity,
L - długość kątowa pozycji anteny,
B - szerokość kątowa pozycji anteny.

Do graficznego szacunkowego określenia kąta elewacji można się posłużyć rysunek poniżej

Wykres do przybliżonego określenia kata elewacji

Pozostaje jeszcze powiedzieć coś o położeniu konwertera. Otóż w celu zwiększenia pojemności zakresu częstotliwości używanego w telewizji satelitarnej przyjęto używać fale radiowe o określonej polaryzacji. W początkowym okresie używano polaryzacje kołowe (lewo i prawoskrętna). Obecnie stosuje się polaryzacje ortogonalne (tj. pionowa i pozioma). Jeśli polaryzacja fali radiowej odpowiada polaryzacji sondy w.cz. w konwerterze to mamy najlepsze warunki odbioru. Najsilniejsze tłumienie jest gdy polaryzacja fali jest obrócona o 90 stopni w stosunki do płaszczyzny polaryzacji sondy, która pobiera sygnał z fali w.cz. docierającej do czoła konwertera. Dla większości przypadków kierunek polaryzacji pionowej pokrywa się z kierunkiem pionowym na Ziemi gdy antena patrzy na satelitę dokładnie w kierunku południowym. Patrząc na rys.1 oraz patrząc na drogę słońca po niebie możemy wywnioskować że gdy antena patrzy dokładnie na południe to konwerter ma być ustawiony pionowo. Ale nie jest to regułą. Wyjątkiem są satelity Astra, gdzie płaszczyzna względem której zdefiniowano kierunki polaryzacji, jest skręcona o około 7 stopni w prawo patrząc w kierunku satelity. Gdy antena patrzy w kierunku zachodnim to konwerter należy obrócić w lewo patrząc od przodu anteny. Nie znam i nie spotkałem wzoru na obrót konwertera. Charakterystyki sond w konwerterach wykazują niewielkie tłumienie dla odchyleń polaryzacji sondy od polaryzacji fali do kąta około 5 - 10 stopni. Znając pozycje popularnych satelitów jak również współrzędne środka Polski to można zauważyć że antena będzie patrzyć w kierunku zbliżonym do południowego. Wynika z tego że na wstępie można ustawić konwerter w kierunku pionowym, a po odnalezieniu satelity dopiero skorygować kąt skręcenia konwertera. Dla Polski skręcenie konwertera jest prawie identyczne dla Astry 1 i Hot Bird'a. Różnica waha się od 1.5 do 3 stopni. Dokładne dane zamieściłem w tabeli.

Jeśli nie chcemy własnoręcznie obliczać odpowiednich kątów to polecam użycie programu SMW LINK. Można go ściągnąć. Program oprócz obliczenie kąta azymutu i elewacji podaje kąt obrócenia konwertera. Dodatkowo ma opcje obliczania położenia dodatkowego konwertera do odbioru sygnału z drugiego pobliskiego satelity za pomocą jednej anteny (tzw. zez). Zwrócę uwagę że ten program inaczej podaje kąt azymutu. Jest on zgodny z kompasem, tj. kierunek północny to 0 stopni i rośnie z kierunkiem obrotu wskazówek zegara. Ponadtodla Astry trzeba specjalnie wskazać satelitę Astra, aby program podał poprawny kąt obrotu konwertera.

W celu ułatwienia podaję tablicę zawierającą wartości elewacji, azymutu i kąta obrócenia konwertera. Zawiera ona dane dla satelity Hot Bird i Astra 1 dla różnych szerokości i długości geograficznych. Na jej podstawie można z dość dobrym przybliżeniem określić właściwe dane dla dowolnego miejsca w Polsce.