Τα τεχνικά χαρακτηριστικά ενός δορυφορικού κατόπτρου

[Satellite]

Βασικά τεχνικά χαρακτηριστικά ενός δορυφορικού κατόπτρου είναι: η απολαβή του και η απόδοση του, το εύρος δέσμης του και το εστιακό του μήκος.

 

Απολαβή (Gain) δορυφορικού κατόπτρου

Η απολαβή του παραβολικού κατόπτρου, είναι μέγεθος που έχει να κάνει με την ικανότητά του να οδηγεί την ενέργεια προς μία διεύθυνση. Τα χαρακτηριστικά που επηρεάζουν την απολαβή είναι τα εξής:

•Η διάμετρος παραβόλου

•Το μέγεθος της επικαλυπτόμενης επιφάνειας από την χοάνη και το LΝΒ

•Η ακρίβεια κατασκευής - συναρμολόγησης (βίδες, τρύπες, ενώσεις)

•Η αδυναμία στην συγκέντρωση (από τυχόν μικρή στρέβλωση)

 

Κάθε ένα από τα παραπάνω μπορεί να αυξήσει αλλά και να μειώσει την απολαβή και, ως αποτέλεσμα, και την ποιότητα λήψης του δορυφορικού σήματος.

Ο μαθηματικός τύπος που δίνει την απολαβή (ενίσχυση) μίας ιδανικής, σε απόδοση, παραβολικής κεραίας είναι ο εξής:

Ενίσχυση (Gain): G = 10 log (π * διάμετρος / μήκος κύματος)2) (σε dB)

Όπως φαίνεται και από τον τύπο η ενίσχυση μίας κεραίας μεγαλώνει με την αύξηση της διαμέτρου της και επίσης μεγαλώνει όσο αυξάνεται η συχνότητα (μήκος κύματος = 300 / συχνότητα σε ΜHz). Η ενίσχυση εκφράζεται σε dB (όπου κάθε 3 dB διαφορά σημαίνει διπλασιασμός ισχύος του σήματος).

 

Απόδοση δορυφορικού κατόπτρου

Η απόδοση μίας κεραίας είναι μία μέτρηση του ποσοστού επί της % του σήματος που φτάνει στο σημείο συγκέντρωσης και, κατά συνέπεια, στην είσοδο του LΝΒ. Συνήθως κυμαίνεται μεταξύ 55-80% για τις απλές κεραίες λήψης στο σπίτι. Δυστυχώς, δεν υπάρχει περίπτωση για αύξηση της απόδοσης των κεραιών, αφού οι έρευνες όσον αφορά την ποιότητα κατασκευής έχουν φτάσει στο ανώτερό τους σημείο. Οι διαφορές πλέον είναι πάρα πολύ μικρές και στην ποιότητα των υλικών που επιλέγουμε (χοάνη λήψης, LΝΒ). Όσον αφορά τις μικροπαραμορφώσεις της παραβολικής επιφάνειας κατά την κατασκευή, αυτές είναι αναγνωρισμένες από τους παραγωγούς των κεραιών. Υπάρχει, μάλιστα, και ένας όρος (RMS deviation) που τις χαρακτηρίζει. Όσο πιο μικρή τιμή έχει αυτός ο όρος, τόσο καλύτερη ποιότητα κατασκευής έχει το κάτοπτρο.

 

Πρακτική (πραγματική) απολαβή δορυφορικού κατόπτρου

Ο τύπος της ιδανικής κεραίας λήψης πρέπει να μετατραπεί έτσι ώστε να εμπεριέχει και την απόδοση που δίνει ο κατασκευαστής. Έτσι έχουμε:

Απολαβή (Gain): G = 10 Ιog [(3.14 * διάμετρος)2 * απόδοση / (μήκος κύματος)2 * 100] (σε dBi).

Γενικά η απόδοση (efficiency) για τα παραβολικά κάτοπτρα έχει τιμή από 60% μέχρι 75 %, δηλαδή περίπου 0,55. Στον παρακάτω πίνακα υπάρχει το επίπεδο ενίσχυσης σε dΒ στη συχνότητα 11 GHz, ανάλογα με τη διάμετρο και την απόδοση που δίνει ο κατασκευαστής.

 

Διάμετρος κατόπτρου (cm) Απόδοση κεραίας (%)

55% 60% 65% 70% 75% 80%

40 30,67 31,05 31,4 31,72 32,02 32,3

60 34,2 34,57 34,92 35,24 35,54 35,82

85 37,22 37,6 37,95 38,27 38,57 38,85

100 38,63 39,01 39,36 39,68 39,98 40,26

120 40,22 40,59 40,94 41,26 41,56 41,84

180 43,74 44,12 44,46 44,78 45,08 45,36

 

Εύρος δέσμης (Beamwidth)

Το ιδανικό δορυφορικό κάτοπτρο πρέπει να έχει ένα όσο το δυνατό στενότερο εύρος δέσμης που να στοχεύει μόνο τον επιλεγμένο δορυφόρο και να είναι «στεγανή άλλα σήματα και θόρυβο. Το εύρος (πλάτος) δέσμης μετριέται σε μοίρες και εκφράζει το γωνιακό άνοιγμα του κατόπτρου. Γενικά, όσο μεγαλύτερη είναι η διάμετρος του κατόπτρου, τόσο μικρότερο είναι το πλάτος δέσμης. Όταν ένα κάτοπτρο έχει μεγάλο πλάτος δέσμης, τότε εκτός από τον δορυφόρο που στοχεύει, υπάρχει κίνδυνος να κατεβάσει σήματα και από δεύτερο δορυφόρο, τα οποία θα λειτουργήσουν ως παράσιτα και θα δημιουργήσουν παρεμβολές στο σήμα του εστιασμένου δορυφόρου. Το πλάτος δέσμης μετριέται στο σημείο που η στάθμη ισχύος είναι η μίση (3dB λιγότερη).

 

Από τον τύπο εύρος δέσμης -3dB = μήκος κύματος * 70° / διάμετρος κατόπτρου καταλήγουμε στον επόμενο πίνακα που δείχνει το εύρος δέσμης σε σχέση με τη διάμετρο ενός παραβολικού κατόπτρου.

Διάμετρος κατόπτρου (cm) 40 60 85 100 120 180 200 300 1000

Εύρος δέσμης (μοίρες) 4,37 2,92 2,06 1,75 1,46 0,97 0,87 0,58 0,17

 

Εστιακό μήκος (Focal Lenght)

Ένα μέγεθος που χαρακτηρίζει το κάτοπτρο είναι η τιμή του κλάσματος της απόστασης του σημείου συγκέντρωσης ως προς την διάμετρο της παραβόλου (f/D).

Όσο περισσότερα σήματα μπορεί να οδηγήσει ένα δορυφορικό κάτοπτρο στο LΝΒ, τόσο καλύτερο είναι. Για να γίνει βέβαια κάτι τέτοιο, πρέπει το LΝΒ να είναι στο σωστό σημείο. Η απόσταση του LΝΒ από το κάτοπτρο για τη μέγιστη δυνατή εστίαση, και έτσι και τη μέγιστη δυνατή ενίσχυση ορίζεται με αυστηρά μαθηματικά, καθώς εξαρτάται από το βαθμό καμπυλότητας του κατόπτρου. Η απόσταση του LΝΒ από το κέντρο του κατόπτρου ονομάζεται εστιακό μήκος. Το εστιακό μήκος ορίζεται από τον κατασκευαστή και ποικίλει από κάτοπτρο σε κάτοπτρο. Γενικά για να καθορίσουμε την γεωμετρία της κεραίας ορίζουμε τον λόγο εστιακού μήκους προς διάμετρο (f/D). Όταν ο λόγος αυτός έχει μικρή τιμή, τότε μένει ανεκμετάλλευτο ένα μέρος της ανακλαστικής επιφάνειας του κατόπτρου, καθώς το LΝΒ είναι πιο κοντά στο πιάτο, ενώ όταν έχει μεγάλη τιμή, το LΝΒ βρίσκεται μακριά από την πιάτο, με αποτέλεσμα να συλλαμβάνει και μη επιθυμητά, παρασιτικά σήματα. Η τιμή (f/D) είναι αποτέλεσμα της μελέτης της κατασκευής, και είναι συνήθως μεταξύ 0,3 και 0,5 στα παραβολικά κάτοπτρα (στα offset κάτοπτρα μπορεί να φτάσει σε 0,6 ακόμα και σε 0,8). Τα κάτοπτρα ονομάζονται «βαθιά» όταν έχουν f/D < 0,33 και «ρηχά» όταν έχουν f/D > 0,38.

 

Αν ο κατασκευαστής αναφέρει στα χαρτιά του κατόπτρου ότι το f/D είναι 0,45 και το κάτοπτρό έχει διάμετρο 180 cm μπορούμε να υπολογίζουμε την απόσταση του σημείου συγκέντρωσης στα 81 cm. Ακόμα όμως και αν δεν γνωρίζουμε από τον κατασκευαστή αυτή την τιμή, μπορούμε να υπολογίσουμε την απόσταση του focal point από το βάθος του κατόπτρου με τον τύπο:

Σημείο Συγκέντρωσης: f = (R²)/4 * βάθος παραβόλου (όπου R η ακτίνα του κατόπτρου)

Έτσι π.χ. αν έχουμε ένα κάτοπτρο 120 cm και μετρήσουμε το βάθος της παραβόλου 12,5 cm έχουμε: f = 6Ο2 / 4 * 12,5 = 72 cm.

 

Τα πιο «βαθιά» κάτοπτρα, (δηλαδή με μικρό f/D), έχουν το πλεονέκτημα του λιγότερου θορύβου, αλλά εκμεταλλεύονται μικρότερη επιφάνεια. Αντίθετα, τα κάτοπτρα με μεγάλο f/D εκμεταλλεύονται μεγαλύτερη επιφάνεια, αλλά συλλαμβάνουν περισσότερο παρασιτικό θόρυβο από το περιβάλλον. Μπορούμε να πούμε ότι ένα βαθύ κάτοπτρο «θυσιάζει» gain στο βωμό της μείωσης του θορύβου, σε αντίθεση με ένα «ρηχό», που εκμεταλλεύεται μεγαλύτερη επιφάνεια, επομένως αυξάνει το gain, αυξάνοντας όμως και τον παρασιτικό θόρυβο. Έτσι π.χ. σε χαμηλές γωνίες elevation, που η ανακλαστική επιφάνεια σχεδόν «κοιτάει» έδαφος, αν ο δορυφόρος είναι ισχυρός, και θέλουμε να αποφύγουμε τον θόρυβο προτιμότερο θα ήταν ένα «βαθύ» κάτοπτρο. Στις περισσότερες όμως περιπτώσεις (και ιδιαίτερα σε κινητά κάτοπτρα), ένα «ρηχό» κάτοπτρο είναι το προτιμότερο.

satspot.gr