Uma Off-Set Fed Antena refletor parabólico para 1296 MHz por W2IMU.



O design antena parabólica refletor apresentado no Relatório Técnico n º 5 foi uma frente padrão de antena 'prato' alimentados tipo.
Este tipo de antena utilizado proporciona ganho de altura com boa eficiência nas freqüências UHF e Microcwave. No entanto, existem várias disadvanges a este projeto padrão:
(A) A alimentação foco principal é em frente e no centro da abertura elétrica.
(B) A alimentação deve ser apoiada por suportes que também estão na frente do apature.
(C) Com os refletores grandes necessário para EME serviço a alimentação é de difícil acesso para ajustes, quando em serviço.

Este último é uma desvantagem primária, não só porque é fisicamente difícil alcançar o feed, mas para EME serviço tanto o receptor pré-amplificador de baixo ruído e última etapa (s) do amplificador de potência deve ser localizado na alimentação para minimizar as perdas que feedline pode ser muito significativa em 1296 MHz.
Estes módulos, quando montado na alimentação pode incease o bloqueio de abertura e de dispersão de energia a partir do centro da abertura, onde a densidade de energia é máxima.
A implicação do acima é que a manutenção inicial tune-up e subsequente e os ajustes do feed, pré-amplificador ou PA para otimizar o sistema em serviço vai colocar a pessoa fazendo o trabalho também na área de energia máxima. Isso resulta em alta exposição a campos de RF na transmissão e bloqueio ainda mais para a área de abertura para ambos os transmitir ou receber. Em suma, "quente" ajustes do feed serão perigosos e de difícil execução proporly. A implicação do (a) e (b) são diminuição do ganho da antena pelo bloqueio e ruído maior antena por dispersão.

Embora todos esses efeitos são relativamente pequenos (da ordem de l db tipicamente) em termos de ganho da antena, eles estão definitivamente detrimentos de alta performance ª exigido no EME serviço.
É o expresso propósito deste relatório para familiarizar os entusiastas do EME com métodos e técnicas para obter o máximo desempenho com antenas refletor parabólico em UHF. Para o efeito, o off-set alimentada antena refletor parabólico e é apresentado como uma melhoria em relação a antena refIector front-fed parabólica.

O Off-Set Fed Antena refletor parabólico.
Todos os shortcommings acima da frente de antena refletor alimentados podem ser superados, alterando a geometria do refletor parabólico a um conjunto de off-reflector alimentados conforme mostrado abaixo na vista lateral.



Tbe prazo off-set refere-se à seção do parabolóide off-set da Azis do parabolóide. O feed horn abertura (fase de centro) permanece no ponto focal do parabolóide, mas a alimentação é destinada, de modo a iluminar a seção off-set do parabolóide.

Neste relatório, um projeto diretamente relacionado à alta eficiência alimentar chifre dual-mode é escolhido como um arranjo desejável e compacto. As considerações geométricas apresentadas mais tarde, são especificamente para este projeto particular.

Com a geometria off-set a alimentação é de uma só vez para fora da abertura da antena, a alimentação suporta não precisa ser na abertura da antena de todo, a alimentação é mais perto da terra e, mais importante, a alimentação pode ser carregado com módulos que podem ser ajustado sem intervenção elétrica da pessoa que faz os ajustes. A importância de ser capaz de chegar à alimentação e os módulos associados para ajustes iniciais da posição focal, impedância e otimizar o desempenho de ruído preamp bem como a manutenção não pode ser suficiente sublinhado.

A vantagem mais sutil do feed off-set é que, desde a alimentação está fora da abertura elétrica não haverá interação feed hetween e refletor como existe com uma frente de design refletor alimentados e todos os ajustes de otimização inicial será mais direto para a frente.

Eliminação de reflexões entre a alimentação e refletor é especialmente importante quando se usa polarização circular. No design dianteiro alimentados a energia polarizada circularmente transmitido em um sentido de rotação é refletida de volta para o feed no sentido oposto.
Isto significa que o isolamento porta de transmissão-recepção é limitada a

G * lambda / 4 * pi * f

onde
f é a focallength,
G é o ganho feed absoluta (tipicamente G = 10 para a alimentação dual-mode)
lambda é o comprimento de onda de espaço livre.

A 20 pés de diâmetro front-end refletor alimentados com F / D = 0,6 terá um isolamento de cerca de 26 dB em 1296 MHz. Para 500 Watts no feed porta de transmissão, isto resultará em 1,25 watts no porto receber! No projeto feed off-set o isolamento TR pode ser quase perfeita com qualquer polarização.

É característico da geometria do refletor off-set parabólica assimétrica para irradiar energia polarizada cruzada com polarização linear ("") A cruz aumenta a radiação polarizada com menor distância focal e maior o ângulo off-set. Cross radiação polarizada não é encontrado no eixo da viga principal, mas nos 45 aviões grau próximo da viga principal. Esta radiação é pequeno, mas é completamente perdido de energia em termos de ganho da antena.

Outra característica da antena refletor off-set é que com a energia alimentar circularmente polarizada, não há nenhum resultado de radiação polarizada cross mas sim um ligeiro desalinhamento do feixe principal.
(") Radiação Lab Series., MIT, Vol. 12, página 140.

("") T.S. Chu e RH Turrin ", despolarização Propriedades de antenas off-set Reflector".

IEEE, PGAF Vol AF-21 # 03 de maio de 1973, pp 3339-345.

O desalinhamento do feixe principal é no plano (ou seja transversal) horizontal e está à esquerda do centro para a polarização circular direita para uma onda transmitida se afastando da antena. O erro no apontamento do feixe principal da esquerda para a polarização circular direita é apenas uma fração da largura de banda que resulta em uma diferença de ganho da esquerda para a direita CP de apenas uma fração de dB. Por exemplo, um 20 pés de abertura (3 metros) offset antena refletor com ângulo de offset de 45 graus em 1296 MHz (o projeto detalhado neste relatório) o ângulo apontando mudará 0,75 grau da direita para a esquerda, enquanto CP a largura do feixe principal está no ordem de 4 graus. A diferença ganho resultante é de cerca de 0,1 dB.

É desejável a empregar polarização circular para o caminho EME para eliminar fading rotação Faraday através da ionosfera. A antena do refletor offset é adequado para aplicações circular polarizada. Como mencionado anteriormente o feed off-set praticamente elimina o acoplamento entre transmissão e recepção via relections portas a partir da superfície do refletor de volta para o feed. Agora, é altamente desejável conciderthe methode feed circular polarizada.

Este esquema aproveita o isolamento entre sentido oposto circularmente polarizada portas para eliminar a nedd para um relé TR ou switch, Com este methode se todas as estações EME transmitir um sentido CP e receber no sentido oppsite então todos serão compatíveis entre si e com seus próprios ecos. As vantagens óbvias deste sistema são a eliminação de fading Faraday, sem polarização de rastreamento ou busca, nenhuma opção TR exigido na alimentação da antena, a compatibilidade de polarização completa e eliminação da radiação polarizada entre o que resulta em maximizar o ganho.

Outra vantagem da geometria off-set é para operação multi banda onde o pacote de alimentação pode ser facilmente alterado em virtude de sua acessibilidade e necessidade de espaço não crítica. Que é a alimentação e os módulos podem ser embalados em quase todo o tamanho e forma, pois não há problema bloqueio. É concebível para montar dois pacotes de ração completa sobre booms balançando para facilitar a banda mudando.

Para estritamente serviço EME com clearace foreground boa na direção da órbita da lua, a borda inferior do refletor pode ser montado no chão puro e também pode ser a localização do eixo de elevação. Neste arranjo o feed será facilmente acessível, mesmo para ângulos de elevação moderada. Para um tamanho da abertura dada e com um ângulo de set-off de 45 graus, a alimentação será 16% mais perto do refletor no design set-off em comparação com o design alimentados frente.

Se houver qualquer disadvange ao design offset refletor da antena é a geometria diferente e um tanto desajeitado. O restante deste documento irá apresentar detalhes geométricos e sugestões para a edificação da antena parabólica um design refletor específico.

Off-Set Geometria.
A geometria da antena refletor off-set pode ser desenvolvido a partir de propriedades básicas de um refletor parabólico. Uma propriedade é que todos os raios de energia, que se originam no ponto focal de um paraboliod será refletido em um paralelo directiom com o eixo do parabolóide como é mostrado abaixo.



Também é uma propriedade básica de um refletor parabólico que o comprimento total de cada raio refletido a partir do ponto focal ao plano de abertura é um comprimento constante. Esta última propriedade significa que a energia em uma freqüência fixa de origem no ponto focal será distribuída sobre o plano de abertura com fase uniforme (constante). Estas propriedades causar a formação de feixes características de uma antena de refletor parabólico da mesma forma como uma lanterna produz um feixe de luz quando o filamento da lâmpada é localizado no ponto focal do refletor espelhado pequena parabólica na lanterna.
Uma vez que todos os raios provenientes do ponto focal se comportam da mesma maneira, podemos escolher para dirigir a energia do ponto focal para qualquer região do parabolóide que irá então formar uma viga.

No projeto descrito neste relatório, nós escolhemos uma região apenas do eixo paraboloidal para que a antena feed está fora da região (área de abertura) dos raios refletidos. O termo off-set, portanto, designa que a região de superfície do refletor é utilizado off-set a partir do eixo paraboloidal mas a antena de chifre feed ainda está localizado no ponto focal. O eixo chifre da alimentação é, no entanto inclinado para iluminar o escolhido ares da superfície do refletor e do centro do feed horn abertura (do centro de fase) está localizado no ponto focal do parabolóide.
Uma cruz de desenho ectional s desta geometria é mostrada abaixo para o caso particular da alimentação de modo duplo. A alimentação de modo dual é escolhido não apenas por causa de sua eficiência de iluminação elevado como apontado no relatório # 5, mas porque também irá resultar na forma mais compacta do design da antena off-set.


A restrição de iluminação feed é o mesmo que com o caso alimentados frente, isto é, que para o ganho máximo do contorno -10 db do padrão de radiação feed deve cair na borda da superfície do refletor.
O spillover será o mesmo em ambos os casos eo ganho entre os dois projetos em termos de eficiência de abertura será o mesmo. A diferença de ganho efetivo entre os dois casos é devido ao bloqueio por feed e suportes que serão 0,5 db ou mais.
Desde o feed da radiação característica do chifre de modo duplo são circularmente simétrico, a -10 db contorno da superfície de radiação pode ser representado por um cone cujo ápice está localizado no ponto focal do parabolóide e cuja meia cone ângulo é 45 graus. A geometria da antena alimentada off-set parabólica pode ser simplesmente descrita como a intersecção de um cone e um parabolóide, l Figura, mostra vários pontos de vista útil deste geometria com fórmulas simples para calcular todas as dimensões necessárias e ângulos. Os pontos de vista apresentados pelo desenho são especificamente para a alimentação de modo duplo com off-set ângulo de 45 graus.
Várias propriedades úteis desta geometria que pode ser facilmente comprovada são:

(I) A área projetada de iluminação do refletor na direção do feixe principal (paralelo com eixo de parabolóide) é um disco circular (a área de abertura).
(2) A borda ou da borda da área iluminada do refletor é elíptica e está em um plano inclinado. Estas características tornam mais fácil visualizar o consruction física. Tenha a certeza, portanto, que embora a geometria feed off-set é inábil suas propriedades físicas são descritas por figuras geométricas simples.

Na visão de abertura, à direita na Figura l, as linhas pontilhadas representam linhas radiais da mesma forma parabólica. Se um tipo de construção trussed costela é empregada estes reforços trussed podem ser feitas no mesmo modelo, mas de comprimentos diferentes. Todos os reforços irão convergir no vértice V na parte inferior da abertura, onde um centro de apoio pode ser usado como montagem estrutural principal.

Notas de construção.
As notas a seguir são incluídos apenas como um guia de sugestão para a construção de uma antena refletor off-set. incluindo montagem, estritamente para uso EME.
Desde uma antena EME será grande, as considerações básicas na construção será a seleção de um local adequado e manter a estrutura para baixo do chão para minimizar os problemas estruturais de carregamento de vento. A escolha do local deve permitir que a obstrução mínima para o feixe de rádio sobre tão grande uma parte da órbita da Lua quanto possível.

A Figura 2 é um esboço de um total off-set alimentada refletor de antena e de montagem. A montagem consiste em um post bem ancoradas vertical que serve como o pivô de azimute. Ele está localizado no centro de uma pista circular perto do nível do solo em que a montagem vai virar sobre rodas.
A armação de montagem deve ser triangular com rodas para perto dos cantos. Isto fornece um ponto de apoio simples de três que não vai balançar. A pista circular pode ser de concreto moldado com pé adequado ao clima local e apenas larga o suficiente para suportar a carga total de antena (estimativa £ 1000 para um refletor 20 pés).
As rodas podem ser do tipo de borracha sólida encontrado em lojas de hardware como substitutos para equipamentos de jardim e não precisa ser muito grande em diâmetro. Várias rodas podem ser empilhados em cada canto da moldura para a superfície de carga extra. Rodas pneumáticas tipo pode ser satisfatório se inflado à pressão alta para impedir a inclinação da estrutura de montagem com cargas desequilibradas.
O pivô central também deve prever uma relação de confiança do rolamento para manter o quadro de baixo de forma segura para a pista.
A faixa de diâmetro não inferior a 15 pés é recomendado para esta antena tamanho (23 pés de abertura).
O pivô central deve ser definido prumo em concreto ea pista circular nivelado com cuidado. Desde que a estrutura da antena vai virar lentamente ao redor do pivô, o rolamento real pode ser muito bruto.
Drive azimute pode ele através de drive de atrito diretamente a uma roda de apoio. Se o motor de acionamento é acoplado através de uma caixa de velocidades worm, a travagem será automática. Azimute de leitura angular também pode ser convenientemente tomada a partir de uma roda intermediária que corre na pista.
Ao dimensionar o diâmetro da roda reboque pode ser usado para dirigir um synchro diretamente para a leitura fina e através de uma caixa adequada para a leitura grosseira. A calibração marca de banco de verdade do Norte (ou ary outra referência) permitirá verificação rápida e realinhamento da leitura deve escapar ou acumular erro. A precisão de leitura de 0,5 a l.0 grau devem ser alcançados.
Uma vez que o pivô aaimuth pista, e estrutura foram concluídas, a construção do quadro refletor com pivôs de elevação pode ser iniciado. Os pivôs de elevação pode também ser relativamente crude desde que a rotação será sempre lento. O quadro refletor deve ser construído em um "arrumar" a posição, isto é, com o feixe o rádio apontou para cima. Este quadro, bem como o quadro aximuth triangular pode ser fabricada de material relativamente pesado para proporcionar rigidez e força para o refletor real e apoio alimentar. Detalhes odf o quadro refletor são mostrados na Figura 2, aproximadamente com reforços adicionais e suporte adicionado quando necessário. A profundidade do quadro de pivot elevação para refletor vértice não precisa ser mais de 3 metros para esta antena tamanho.
Uma vez que este projeto não usa contrapesos para equilibrar as forças de elevação, a estrutura é inherrently desequilibrada, exceto em um ângulo de elevação. Por esta razão, a unidade de elevação sugerida é um sistema de parafusos levar dupla ou macacos hidráulicos uma adjacente a cada rolamento pivot como mostra o esboço. Também, porque a antena está perto do chão, vai ser difícil controlar a Lua nasce e se põe vezes devido a obstruções no feixe de rádio. A amplitude de movimento de elevação pode, portanto, ser limitado para o seu site minimizando assim os requisitos do sistema de acionamento. Unidades auxiliares pode ser obrigado a "arrumar" a antena.
Construção do refletor deve começar com a fabricação de um modelo inverso preciso e montagem de pivô que será o guia para a colocação das costelas amarrado e como ferramenta de alinhamento final da superfície. O pivô modelo deve ser fixada no quadro refletor exatamente o vértice do parabolóide. Construção real das costelas amarrado e suporta é deixado à imaginação do indivíduo. A maior parte do apoio será próximo ao vértice e em direção ao centro do refletor. O aro não precisam de prestar muito apoio neste projeto. Construção refletor utilizando os materiais e técnicas descritas em um artigo de VK3ATN no HAM Radio Magazine, p 12, de Maio de 74 é recomendado.
A torre de suporte feed é adicionado passado e pode ser parcialmente presa ao refletor por uns poucos fios de aço para maior rigidez.
Material de superfície para o refletor deve ser escolhido de acordo com a maior freqüência de operação. Como um lembrete, a superfície tamanho do buraco material não deve exceder comprimento de onda 0.l ao mais alto frequeney. O material não precisa ser unidos eletricamente em juntas sobrepostas, desde que não as articulações são mais próximos do que um comprimento de onda na freqüência de operação mais baixo e as sobreposições são, pelo menos, um quarto de comprimento de onda na freqüência de operação mais baixo. Desvio da superfície de um parabolóide verdadeiro não deve ser superior a 0,05 de comprimento de onda na freqüência mais alta, especialmente para a área central do refletor, onde a densidade de energia é maior. Se a construção de costela não é muito preciso, corte a superfície é altamente recomendado.
Consulte a Figura 1 para obter mais detalhes da geometria e posicionamento do feed. Os anéis circulares ao redor do vértice mostrado na Figura 1 são adicionados em cima das costelas e são os reais superfície arcos material support.These circular pode ser feito de um material mais leve colocado cerca de um pé de distância.
Na posição stow, o quadro refletor deve vir para descansar e deve ser fixada no quadro de azimute. Esta posição proporciona o carregamento pelo vento. Um projeto dessa magnitude deve ser dada cuidadosa consideração, especialmente no que diz respeito à despesa, a construção local do site, hora e familiar bairro de complicações. De fato, se o site não é aceitável que provavelmente seria aconselhável juntar forças com um entusiasta do EME próxima que tem um site aceitável. Operação de controle remoto pode ser uma solução para operação conjunta.
Uma vez que uma antena de refletor pode ser usado em uma ampla faixa de freqüência mudando feeds, seria altamente desejável para tornar a superfície do refletor tão preciso quanto possível, em antecipação de consumo acima 432 MHz, possivelmente, 1296, 2300 e 4000 MHz da banda TV por satélite