Издательский дом ООО "Гейм Лэнд"ЖУРНАЛ ХАКЕР 117, СЕНТЯБРЬ 2008 г.

Настройка мотоподвеса своими руками

Василий Алтухов (avp@sv-tel.ru)



Спутниковая антенна – предмет исключительно точный. Градус вправо, градус влево – и сигнала уже не будет. Чтобы «поймать» другой спутник с нужным каналом или провайдером, приходится подолгу перенастраивать антенну. Но если установить ее на моторизированный подвес, она будет настраиваться самостоятельно!

Спутниковые параболические антенны обладают высоким коэффициентом усиления, который необходим для приема слабых сигналов со спутника и, как следствие, очень узкой диаграммой направленности. Из-за чего приходится изменять положение антенны, когда требуется настроиться на другой спутник. Это сильно осложняет жизнь любителям спутникового приема. Есть несколько способов обойти проблему: либо поместить несколько конвертеров на одну антенну, либо установить несколько антенн или антенн со сложной геометрией. Каждый из способов обладает как преимуществами, так и недостатками. Есть еще один способ – это установка антенны на моторизированный подвес, устроенный таким образом, что антенна при своем повороте отслеживает практически все видимые спутники. Слово «моторизированный» указывает на то, что настраиваться антенна будет автоматически. Используемый в этом случае тип подвески называется полярным. Название он получил от полярной звезды, потому что ось вращения этой конструкции при настройке должна быть параллельна оси вращения земли и направлена на эту самую звезду.

Конструкция полярного подвеса претерпела множество модификаций. Самым универсальным считается мотоподвес, состоящий из:

  • электрического двигателя небольшой мощности;
  • редуктора;
  • устройства управления двигателем;
  • приспособления для крепления спутниковой антенны, адаптированного под многие спутниковые антенны с фиксированной азимутально–угломестной подвеской;
  • собственного крепления на опору с возможностью всех необходимых регулировок.

Конечно, мотоподвес не лишен недостатков. Один из самых существенных – это скорость перемещения от позиции к позиции. С ней приходится мириться. Менее существенный – ограничение по диаметру антенны, обычно не более 1,2 м. Этот недостаток все больше сводится к минимуму, так как появляется множество спутников, зона покрытия которых перекрывает значительную территорию России и необходимость в больших антеннах отпадает.

Приобрести комплект спутникового приема не составит труда. Сейчас существует множество специализированных фирм, занимающихся продажей и установкой. При покупке наверняка посоветуют необходимое оборудования для приема желаемых спутников, к тому же, адаптированное под местные условия приема. Покупку оборудования и установку обычной антенны мы подробно рассмотрели в статье «Спутниковые радости» (на диске ты найдешь ее PDF-версию). В качестве хорошего варианта мотоподвеса можно порекомендовать популярный Strong SRT DM-2100 (стоит около 3000 рублей).

Установка и настройка антенны – процесс непростой. Тем более, если приобретается антенна с мотоподвесом. Это требует определенных навыков, знаний и, чаще всего, денег. Цена установки удерживает начинающего радиолюбителя от установки – но не только она. Есть ведь еще и любопытство, желание разобраться с траблами самому, реализовать свои творческие возможности и технические способности. Если ты такой чел – статья написана для тебя.

Черпаем знания

Как я уже отметил, процесс установки моторизированного подвеса достаточно сложен. Поэтому прежде чем перейти к практике, придется набраться терпения и изучить теорию. Постараюсь объяснить все как можно проще.

Идея использования геостационарных спутников для связи высказывалась еще К. Э. Циолковским и словенским теоретиком космонавтики Германом Поточником. Преимущества геостационарной орбиты получили широкую известность после выхода в свет научно-популярной статьи Артура С. Кларка в журнале «Wireless World» в 1945 году. Он предсказывал, что искусственный спутник земли, выведенный на круговую экваториальную орбиту на высоту 35786 км, будет обращаться вокруг земли за 24 часа. Для наблюдателя, находящегося на земле, этот спутник всегда будет находиться на одном месте, поэтому орбита такого спутника называется геостационарной. Если представить все спутники, находящиеся на геостационарной орбите, то в южной части неба, для северного полушария, цепочка спутников выстроится в дугу. Эта дуга в честь Артура Кларка была названа поясом Кларка. Самый верхний спутник будет тем выше, чем южнее находится наблюдатель. На экваторе верхний спутник будет прямо над головой, и пояс Кларка будет выглядеть ровной линией – делить небо на две равные части. Каждый спутник имеет свою орбитальную позицию. Она определяется меридианом, над которым спутник располагается. Например, известный телевизионный спутник HotBird находится над меридианом 13 градусов восточной долготы, поэтому и его позиция пишется, как 13E. Теперь, когда ты стал просвещенным человеком, разберем несколько терминов, которые понадобятся нам для настройки.

Угол места, или угол возвышения – это угол между линией горизонта и направлением на спутник в вертикальной плоскости. Чем ближе орбитальная позиция спутника к географической широте места приема, тем больше угол места, – и тем выше спутник над горизонтом. По мере удаления орбитальной позиции от географической долготы угол места уменьшается. В конце концов, становится отрицательным (спутник с такой орбитальной позицией скрывается за горизонтом).

Азимут – это направление на спутник в горизонтальной плоскости. Азимут спутника, орбитальная позиция которого совпадает с долготой места приема, будет равен 180, то есть антенна смотрит строго на юг. Азимут и угол места рассчитываются, в зависимости от координат антенны и положения спутника. Формулы приведены во врезке.

Элевация – именно это и есть один из важнейших углов для настройки полярной подвески спутниковой антенны. Чтобы антенна могла принимать все доступные спутники, она должна поворачиваться вокруг определенной оси. Ось называется полярной и должна быть параллельна земной оси. На экваторе полярная ось параллельна земной поверхности, а чем севернее точка приема, тем на меньший угол от вертикали будет отличаться наклон полярной оси. Так вот, элевация и есть угол, на который наклонена полярная ось относительно вертикали.

Следующий термин – деклинация. Если мы выставим только угол элевации для оси вращения антенны, то ни одного спутника нам не принять. «Луч» от антенны будет рисовать в небе прямую линию высоко над всеми спутниками. Чтобы исправить эту ситуацию, антенну следует наклонить относительно полярной оси на определенный угол. Этот угол называется углом деклинации.

Помимо этого – есть такое понятие, как корректирующий угол. Мы знаем, что для того, чтобы наша антенна поворачивалась, направляя свой «луч» точно на спутники, необходимо выставить углы элевации и деклинации. Но не все так, как хотелось бы. Если настроить мотоподвес по углам элевации и деклинации, рассчитанным по приведенным формулам, антенна будет своим «лучом» описывать в небе дугу, немного отличающуюся от дуги пояса Кларка. Это весьма нежелательно. И чем больше у вас антенна, тем сильнее погрешность будет сказываться на приеме. Чтобы избежать этого неприятного момента, вводится небольшая поправка – корректирующий угол. Обычно он не превышает одного градуса. На величину этого угла уменьшаются углы деклинации и элевации.

Угол поворота полярной подвески – это угол, на который нужно повернуть антенну вокруг полярной оси (относительно направления на юг) для настройки на определенный спутник. На первый взгляд, кажется, что этот угол должен быть равен разнице между азимутами спутника и азимутом направления на юг… но это в корне неправильно. Отрицательное значение угла означает поворот полярной подвески на запад относительно южного направления, положительное – на восток.
Полярный мотоподвес приспособлен под установку офсетной антенны, поэтому речь пойдет как раз о таком типе антенн. Название офсетной антенны говорит о том, что фокус у нее смещенный. Конвертер вынесен из зоны затенения зеркала антенны. Именно поэтому «луч» антенны не перпендикулярен плоскости раскрыва антенны, а направлен выше – как раз на угол офсетности. Благодаря этому, офсетная антенна не смотрит в небо, как прямофокусная, а располагается почти вертикально. Угол офсетности можно найти в паспорте на антенну. Если паспорта нет, этот угол можно рассчитать (смотри врезку).

Для крепления антенны на мотоподвесах используется отрезок трубы, закрепленной на оси силовой шестерни редуктора. Эта труба получила название «хобот» (потому что она имеет изгиб и со стороны действительно напоминает хобот слона). Изгиб нужен, чтобы сделать конструкцию универсальной: на нее крепится без доработки большинство антенн с азимутально-угломестной подвеской. Чтобы максимально упростить процедуру настройки подвески и сделать правильные расчеты, понадобится знать, на какой угол загнут «хобот» у мотора. Этот угол обычно указывается в паспорте на мотор и обычно составляет 30 градусов, но бывают моторы с углом изгиба «хобота» 35 и 40 градусов. Если в паспорте на мотор угол не указан (вот незадача!), придется его измерять подручными средствами – линейками, транспортирами, у кого на что хватит выдумки.

Сборка антенны в домашних условиях

Ну вот, после долгого и нудного изучения теории со страшными формулами пришло время применить свежеполученные знания на практике. Мне вот тоже всегда хотелось пощупать сначала все руками, книжек не читать – но, увы, каждый раз убеждался, что практика без теории никуда не годится.

В качестве примера приведу «реальные данные для установки и настройки антенны с мотоподвесом» – или как это делалось в Нижнем Новгороде. Тебе же придется произвести расчеты уже со своими географическими координатами, размерами антенны и параметрами мотоподвеса.

Исходные данные

Географические координаты места приема

  • Широта Lat = 56.2
  • Долгота Long = 44.2
  • Радиус земли Rз = 6378 км.
  • Радиус геостационарной орбиты Rорб = 42233 км.
  • Антенна Golden Interstar 0.9 м.
  • Большой диаметр антенны D = 980 мм.
  • Малый диаметр антенны d = 900 мм.
  • Мотоподвес Strong SRT DM-2100
  • Угол изгиба «хобота» мотора m = 30

Расчеты, как уже было сказано, можно произвести вручную или посчитать в Excel'е, вбив исходные данные в специально подготовленный xls-файл. Так или иначе, получится следующий результат:

  • Поправка = 0.623?
  • Элевация = 33.11?
  • Деклинация = 7.23?
  • Угол офсетности = 23.3?

Все необходимые углы для настройки подвески у нас есть, осталось их правильно применить. Практика установки и настройки полярной подвески подсказала, что можно большую часть процедуры выполнить дома, на удобном столе. Для этого понадобится небольшой отрезок ровной трубы диаметром 25-42 мм и длиной, немного больше большого диаметра антенны. В моем случае 1-1.2 м. Антенну необходимо собрать согласно инструкции по сборке. Штангу конвертеродержателя можно пока не устанавливать: будет удобнее выставлять углы. Итак, зажимаем трубу в хомуты крепления подвески так, как будто это опора, а антенну кладем вниз зеркалом на ровную поверхность (например, на большой стол или просто на пол).

Приступаем к первому этапу – установке деклинации. Нам нужно выставить трубу относительно плоскости зеркала антенны под углом деклинации с учетом угла офсетности и угла изгиба хобота. Это значение можно получить по нехитрой формуле – у меня получается 0.53.

Самый простой способ выставить угол – это метод прямоугольного треугольника. Один из катетов нам известен (большой диаметр антенны), необходимо рассчитать длину второго катета: b = 9 мм.

Угол в моем случае положительный, поэтому расстояние от трубы до кромок антенны сверху должно быть больше, чем снизу, на величину b. Аккуратно изменяя положение трубы, добиваемся как можно более точного соответствия разницы между расстояниями сверху и снизу. Если угол отрицательный, то снизу расстояние должно быть больше, чем сверху. Замечу, что формулы я привожу для понимания того, почему мы делаем именно так, а не иначе. Естественно высчитывать это на бумаге необходимости нет; все легко просчитывается в Excel'е с помощью специального файла с расчетами.

Перед установкой мотора необходимо проверить, чтобы он был установлен в нулевую позицию. Лучше всего подключить его к приемнику и выполнить команду «Идти в 0». Хобот мотора зажимаем в хомуты крепления подвески так, чтобы мотор расположился строго перпендикулярно плоскости антенны. При этом хомуты крепления должны располагаться как можно ближе к подшипнику хобота, чтобы максимально уменьшить рычаг и уменьшить нагрузку на мотор. Перпендикулярность расположения мотора можно проконтролировать с помощью рулетки, измеряя расстояния с двух сторон до краев антенны: оно должно быть одинаковое. Следи за тем, чтобы болты хомутов не доставали корпуса мотора при вращении хобота.

Установка элевации – это следующий шаг. Большой точности тут не требуется, так как угол будет корректироваться при настройке антенны на месте. Достаточно выставить его по шкале мотора. Обрати внимание на то, что часто на моторе есть две шкалы: «Элевация» и «Широта» (не стоит их путать). Дотошный читатель возразит, что угол элевации можно выставить более точно, опять же воспользовавшись методом треугольника – но это совсем не обязательно. Конструкция под собственным весом провиснет, и угол элевации все равно придется поправлять.

На этом предварительная настройка подвески завершена. Соберем антенну окончательно, установив штангу конвертеродержателя.

Выходим с антенной на улицу

Первое, что нужно сделать на месте – конечно, установить опору. Опора должна отвечать следующим требованиям:

  • максимально жесткая конструкция с возможностью регулировки вертикальности трубы для крепления антенны;
  • надежное крепление к стене или иному основанию;
  • достаточный вынос для обеспечения антенне свободы при вращении мотора.

Опора крепится к основанию при помощи анкерных болтов, сквозных шпилек или распорных дюбелей. Лучше, чтобы количество крепежных элементов было больше и обеспечивало солидный запас прочности крепления. Труба для крепления антенны выставляется строго вертикально при помощи отвеса или строительного уровня.
Все, – теперь осталось установить саму антенну и перейти к окончательной доводке. Но прежде чем взгромождать антенну на опору, следует дома попробовать покрутить мотор, подключив его к приемнику. Есть два режима управления мотором: пошаговый и USALS. Очень хорошо, если мотор и приемник поддерживают режим USALS – на мой взгляд, самый удобный режим. Для правильного функционирования необходимо установить в приемнике корректные географические координаты места приема (чтобы приемник мог правильно просчитать угол поворота).

Затем нужно выбрать опорные спутники, по которым будем настраивать антенну. Опорных спутников должно быть, как минимум, три – вершинный, крайний западный и крайний восточный. В моей местности как нельзя лучше для вершинного подходит Eurasiasat 42E, потому что долгота места – 44,2 градуса и он ближе всего к южному направлению. Правило простое: чем ближе позиция вершинного спутника к географической долготе, тем лучше. Крайними предпочтительно выбирать хорошо принимаемые спутники, как можно ближе к краям дуги Кларка. В моей местности это – Yamal 90E и Sirius 5E.

Пришло время приступать к самому интересному – к поиску сигнала. Идеальный вариант, когда удается разместить приемник и телевизор недалеко от места установки: чтобы можно было управлять приемником и видеть уровень сигнала, отображаемый на телевизоре. Когда такой вариант невозможен, придется настраивать антенну с помощником. Он будет управлять приемником и сообщать уровень сигнала.

Устанавливаем антенну на заранее закрепленную и выставленную вертикально опору и слегка затягиваем гайки хомутов подвески так, чтобы антенну можно было с небольшим усилием поворачивать (предварительно ориентируем на юг). Конвертер следует установить на штангу конвертеродержателя строго вертикально, чтобы треугольник на конвертере, обозначающий положение приемного зонда находился сверху. Подключаем мотор согласно инструкции к конвертеру и к приемнику. После чего приступаем к непосредственно настройке.

Юстировку надо начинать с вершинного спутника. На приемнике необходимо установить параметры LNB для вершинного спутника, а также ввести координаты места приема в установках USALS (если приемник и мотор поддерживают этот режим), выбрать вершинный спутник из общего списка и установить параметры рабочего транспондера (передающая часть спутника). Параметры рабочих транспондеров для любого спутника можно найти на сайте www.lyngsat.com. Некоторые приемники подают команду на мотор для поворота сразу после выбора спутника; мотор при этом должен переместиться в нужную позицию. Если этого не произошло, то вручную подай команду «Идти в позицию». В этом положении мотора будем настраиваться на вершинный спутник.

Если приемник не поддерживает режим USALS, то повернуть мотор на необходимый угол придется самому, ручками, используя пошаговый режим. Чтобы это сделать точно, нужно сначала определить угол, эквивалентный одному шагу. Считая шаги, поверни хобот мотора на 10 градусов и контролируй угол поворота по шкале мотора. Сделал? Теперь остается разделить 10 градусов на количество шагов и получить искомый угол!

Угол поворота хобота мотора, которому соответствует направление на нужный спутник, рассчитываем по специальной формуле «угол поворота полярной подвески». В моем случае вершинный спутник Eurasiasat 42E с орбитальной позицией 42 градуса, и этот угол равен 2.38. Отрицательное значение угла означало бы, что поворачивать мотор нужно в западном направлении.

Проверяем, все ли так, как надо: антенна установлена на вертикальную опору, повернута ориентировочно в южном направлении, приемник включен в режим контроля сигнала и качества, установлены параметры заведомо рабочего транспондера, хобот мотора повернут на угол соответствующий вершинному спутнику. Теперь плавно, без рывков, поворачиваем антенну в одну сторону, потом в другую – пока шкалы уровня сигнала и качества не покажут значение, отличающееся от нулевого значения. Добиваемся максимального значения показаний шкал и равномерно затягиваем гайки хомутов подвески. Затягивая гайки, помни, что при этом антенна слегка поворачивается вслед за обжимаемым хомутом, поэтому необходимо следить за значением шкал сигнала и качества. Легким отклонением антенны вверх и вниз проверяем, одинаково ли при этом уменьшаются уровни шкал. Если показания шкал увеличиваются при перемещении в каком-либо направлении, то необходимо ослабить крепления угла элевации и подстроить положение антенны по максимуму уровня шкал. В этом положении затягиваем крепление угла элевации. Антенну следует отклонять нежно и аккуратно, насколько позволяет естественная упругая деформация подвески. Ни в коем случае не допускай деформации зеркала, иначе получишь ложный эффект изменения уровня.

Если все сделано правильно, то можно с 90% уверенностью сказать, что настройка завершена. Нужно только проконтролировать сигнал на крайних спутниках. Поворачиваем антенну сначала на восточный спутник и контролируем уровень сигнала при отклонении антенны вверх и вниз. Потом – на западный и также контролируем уровень сигнала при отклонении антенны. Если на крайних спутниках при отклонении антенны вверх и вниз сигнал уменьшается одинаково, то настройка удалась на славу. Ну, а если не повезло и сигнал увеличивается при отклонении антенны, то отчаиваться тоже не стоит. Нужно лишь запомнить, при отклонении в какую сторону увеличивается сигнал на западном и восточном спутниках. По приведенной таблице находим твою ситуацию и исправляем. После каждой поправки положения подвески проверяй прием на вершинном и крайних спутниках. При необходимости – примени дополнительные корректировки. Для тонкой настройки подвески бывает достаточно подтянуть нужную гайку: антенна отклонится на очень маленький угол – и его порой хватает, чтобы исправить неточности настройки.
Кстати, совет новичкам, первый раз взявшимся за настройку антенны. Будет лучше, если ты потренируешься в настройке антенны с азимутально-угломестной подвеской на разные спутники перед тем, как браться за настройку мотоподвеса. Это даст возможность освоить установку параметров приемника и «пристреляться» к спутникам. Да и чувствовать себя будешь намного уверенней!


Как посчитать офсетность

Исходными данными нужно взять большой (D) и малый (d) диаметры антенны. Эти значения не стоит брать из паспорта. Их следует измерить с максимально возможной точностью по кромкам в местах перехода параболической части зеркала на бортики. Формула расчета угла офсетности предельно простая:

офсетность = ACOS (d/D)

Заметь, что не все офсетные антенны поддаются такому расчету. Некоторые производители антенн преднамеренно изменяют форму зеркала, и оно получается не эллиптической формы, а круглой. В таких случаях, чтобы определить угол офсетности, приходится идти на ухищрения. Один из вариантов – надежно установив зеркало антенны в горизонтальном положении, налить в него воду и измерить размер получившейся эллиптической лужицы по максимальному и минимальному значению. Эти значения – подставить в вышеуказанную формулу.

DVD

На диске ты найдешь необходимые файлы и программы для проведения расчетов, а также поясняющие фотографии в высоком разрешении.

WARNING

Работая на крыше или просто на высоте, будь предельно осторожен. Никакое телевидение и скоростной интернет не стоят твоей жизни.

Содержание
ttfb: 36.427021026611 ms