T 5 Orietarea către satelit a antenei instalaţiei de recepţie

Fiecărui punct de pe suprafaţa terestră, iluminată de satelit, îi corespunde o direcţie proprie sub care se vede satelitul.

Această direcţie leagă între ele punctul terestru respectiv de punctul de pe orbita geostaţionară pe care este poziţionat satelitul.

Un satelit geostaţionar “se vede” sub o direcţie unică şi fixă.Când există mai mulţi sateliţi pe aceeaşi poziţie orbitală, se poate afirma în general,

că în cazul a m sateliţi plasaţi în n puncte ale orbitei geostaţionare ( , vor exista pentru un observator terestru, n direcţii distincte şi fixe către cei m sateliţi.

Antena recepţionează pe direcţiile necesare, semnalele transmise pe traseul descendent.

Datorită nivelului scăzut al densităţii de putere, se folosesc frecvent antenele de

recepţie cu reflector parabolic, deoarece au un singur lob principal destul de îngust

, asigurând astfel o directivitate şi un câştig foarte bun al antenei.Unei antene parabolice îi corespunde o singură direcţie de recepţie maximă –DRM.Orientarea antenei spre satelit înseamnă orientarea DRM spre satelit. La antenele

cu reflector parabolic simetric, DRM coincide cu axa de simetrie a antenei.

Cele două coordonate necesare pentru orientarea DRM a antenei către satelit sunt azimutul şi elevaţia, situate în planul orizontal şi respectiv vertical, ele intersectându-se pe suprafaţa reflectorului antenei.

În plan azimutal, direcţiile de 0o, 90o, 180o şi 270o, sunt identice cu direcţiile spre N, E, S şi respectiv V.

În plan elevaţional, direcţiile de 0o şi 90o, corespund direcţiei orizontale, respectiv verticale.

Oricare ar fi direcţia spre satelit, aceasta poate fi definită complet prin două valori (coordinate), corespunzătoare celor două direcţii aflate în planele azimutal, respective elevaţional.

Pentru un receptor aflat în emisfera Sudică, azimutul poate lua valori în domeniile: 270o(V)-360o(N) şi 0o(N)-90o(E), iar elevaţia 0o-90o.

Pentru un receptor aflat în emisfera Nordică, azimutul poate lua valori în domeniile 90o(E)-270o(V), iar elevaţia 0o-90o.

Pentru o antenă aflată în punctul terestru de longitudine (LONG) şi latitudine (LAT), valorile azimutului (AZ) şi elevaţiei (EL), pentru orientarea DRM a acesteia spre satelitul cu poziţia orbitală (PO), sunt date de relaţiile:

unde şi .Exemplu: pentru Bucureşti, se pot considera următoarele valori ale longitudinii şi

latitudinii geografice: şi . Pentru recepţionarea din Bucureşti a satelitului INTELSAT VA-F12 aflat pe

poziţia orbitală , se obţin următoarele valori: ,

Aceste valori sunt reprezentate în figura următoare.

Pentru antene cu diametrul mai mare de 1,8 m, deci unghi de deschidere al caracteristicii de directivitate mic, sub 1o, orientarea DRM trebuie făcută precis.

Pentru antene cu diametrul de 1 m (unghi de deschidere la 3 dB mai mare de 2o), orientarea DRM nu este critică.

În orice condiţii, cea mai bună calitate a imaginii se obţine când DRM coincide cu direcţia reală spre satelit.

Deoarece calculele sunt greoaie, se folosesc nomograme pentru a determina grafic valorile AZ şi EL, funcţie de coordonatele geografice LAT şi LONG ale punctului de recepţie şi funcţie de poziţia orbital a satelitului PO.

Fig. 5.21 Nomograma determinării AZ şi ELLiniile orizontale marchează latitudinea antenei de recepţie (LAT). Liniile

verticale marchează diferenţa relativă dintre LONG şi PO. Curbele pentru elevaţie (EL) sunt cuprinse în limitele 15o-80o, iar curbele pentru azimut (AZ) sunt între 90o-270o. Pentru exemplificare, în figura de mai sus, se prezintă punctele determinate în cazul recepţiei din Bucureşti (LAT=44,4o , LONG=26o) a celor 11 sateliţi prezentaţi în tabelul următor.

Mod de lucru:-trasarea liniei orizontale corespunzătoare latitudinii punctului de recepţie (44,4o);-trasarea liniilor verticale corespunzătoare diferenţelor LONG-PO;-se obţin cele 11 puncte corespunzătoare celor 11 sateliţi, care ne dau coordonatele

AZ şi EL.

Fig. 2 Determinarea coordonatelor unghiulare pentru recepţionarea din Bucureşti a 11 sateliţi geostaţionari.

În figura următoare este ilustrată dispunerea pe bolta cerească a celor 11 sateliţi, aşa cum apar pentru un observator cu faţa spre sud, în oraşul Bucureşti.

Curba care trece şi prin punctele 1, 2, …, 11 reprezintă chiar orbita geostaţionară, aşa cum s-ar vedea ea (dacă ar fi vizibilă). Această curbă este fixă şi specifică oraşului Bucureşti.

Fig. 3 Dispunerea pe bolta cerească a celor 11 sateliţi, aşa cum apar pentru un observator cu faţa spre sud, dispus în Bucureşti.

Concluzii pe baza acestei figuri:-unghiul de elevaţie maximă are valoare maximă pe direcţia sud (

);-curba orbitei geostaţionare este simetrică faţă de direcţia Sud;-pentru direcţiile şi , pentru a recepţiona sateliţii aflaţi pe poziţiile

orbitale , respectiv , ar trebui ca unghiul de elevaţie al DRM să fie de zero grade, adică DRM să fie orientată pe orizontală;

-se exclude posibilitatea recepţionării sateliţilor aflaţi între şi (unghi de elevaţie negativ, adică DRM sub limita orizontului).

Elevaţii mai mici de 10o, determină recepţionarea de mult zgomot terestru. Deci, respectând regula , rezultă că în Bucureşti s-ar putea recepţiona sateliţii cu azimut între 110o-250o. Practic, în acest interval de azimut, se pot recepţiona sateliţii cu poziţia orbitală între 89oE şi 37oW, adică 136o.

În acest interval de 136o, până în anul 1993 vor fi dispuşi 87 de sateliţi geostaţionari, care vor funcţiona în banda Ku, din care doar 36 vor asigura comunicaţii TV (ceilalţi vor asigura legături special: poştale, guvernamentale, diplomatice, maritime, etc.).

Din aceşti 36 de sateliţi, 20 vor fi alocaţi pentru Europa.În tabelul următor se prezintă comparativ valorile unghiurilor de elevaţie maximă

corespunzătoare direcţiilor Sud ( ) pentru diferite puncte de recepţie, aflate la latitudini nordice diferite.

Se poate observa că la creşterea latitudinii lociului de recepţie, elevaţia maximă scade. Pentru România, elevaţia maximă (corespunzătoare direcţiei Sud la locul recepţiei) este cuprinsă între 40o în Sudul ţării şi 35o în Nordul ţării.

Figura următoare prezintă comparativ 4 curbe specifice orbitei geostaţionare, corespunzătoare la 4 latitudini ( ). p

Se poate observa că atunci când creşte latitudinea locului de recepţie, scad posibilităţile de recepţie în azimut şi elevaţie.

Fig. 4 Forma curbei geostaţionare pentru diferite latitudini ale locului de recepţie

Pozitia satelitilor şi datele (unghiul azimutal, unghiul de elevaţie) pentru orientarea unei antene parabolice în România:

Exemplu: Pentru instalarea unei antene parabolice în localitatea Bucureşti, orientata pe satelitul Hotbird, conform figurii de mai sus, unghiul de orientare (azimut) va fi de cca. 18o Vest fata de Sud iar unghiul de înclinaţie (elevaţie) al antenei faţă de orizontala va fi de cca. 37o.

Orientarea polară a antenelor parabolice

O problemă importantă este orientarea antenei spre satelitul dorit. Orientarea se realizează în două coordonate polare: azimut şi elevaţie (două

unghiuri faţă de un sistem de referinţă cunoscut: direcţia N-S şi planul tangent la suprafaţa Pământului în punctul de recepţie).

Orientarea pe un singur satelit este laborioasă şi odată realizată este definitivă.La instalaţiile destinate recepţionării programelor TV provenite de la mai mulţi

sateliţi, lucrurile se complică.Reorientarea antenei de la un satelit la altul trebuie să se facă în timp scurt şi

prin operaţii simple.Orientarea s-ar putea face cu un sistem cu două selsine, cu fiecare acţionându-se

asupra uneia din coordonate (elevaţie şi azimut).În practică, problema se rezolvă mai simplu pentru că locul geometric al

sateliţilor geostaţionari este un cerc aflat în planul ecuatorial.Pentru un observator terestru, aceasta echivalează cu poziţionarea sateliţilor pe o

curbă bine definită şi funcţie de latitudinea sa.Un observator aflat la ecuator, va vedea sateliţii poziţionaţi pe o dreaptă.Cu cât creşte latitudinea observatorului, cu atât curba pe care “vede” sateliţii

tinde spre cerc. Pentru un observator situat la latitudinea de , sateliţii se văd pe o curbă

asemănătoare cu cea din figura următoare.

Instalaţia mecanică ce permite printr-o singură mişcare, ca antena să vizeze toţi sateliţii vizibili din poziţia sa, se numeşte montură polară.

Teoretic, funcţionarea poate fi explicată geometric prin aceea că axa antenei va parcurge traiectoria sateliţilor (curba polară) pentru un anumit unghi de declinaţie funcţie de latitudinea locului şi prin rotirea simplă a sistemului antenei în jurul axei polare.

Figura arată că unghiul complementar elevaţiei este format dintr-un unghi fix, declinaţia şi un unghi de înclinare reglabil la prima orientare a antenei la punerea în funcţiune a sistemului, din el fixându-se elevaţia corectă.

Azimutul se fixează prin rotirea pilonului vertical de susţinere, în jurul axei sale.Odată antena fixată, parcurgerea curbei polare se face prin simpla rotire a

sistemului de antenă în jurul axei polare.Prima operaţie a montării unei antene cu orientare polară este fixarea exactă a

unghiului de declinaţie. Valoarea fixă a unghiului de declinaţie este funcţie exclusiv de latitudinea

receptorului. Cu ajutorul figurii următoare se poate determina valoarea unghiului de declinaţie

funcţie de latitudinea observatorului.

Odată unghiul de declinaţie fixat, se trece la orientarea antenei spre satelitul cel mai sudic local, mai exact a satelitului cu aceeaşi longitudine cu observatorul.

Orientarea antenei se realizează din azimut şi unghiul de înclinare, menţinând axa polară nerotită. Aceasta înseamnă că axa polară, tija verticală de susţinere şi axa tangentă antenei sunt coplanare.

Dacă orientarea a fost făcută corect, prin simpla rotire a antenei în jurul axei polare, antena va viza toţi sateliţii observabili local.

Sistemul funcţionează corect dacă unghiul de declinaţie este fixat corect şi dacă orientarea iniţială este realizată strict pe direcţia N-S.

Orice eroare făcută la prima orientare, duce la proasta funcţionare a sistemului, adică la obţinerea unei imagini cu calitate mai slabă pe unii sateliţi şi chiar la pierderea unor sateliţi.

Deci, operaţiunile pentru montarea unei antene cu orientare polară sunt:-obţinerea verticalităţii pilonului (tijei) de susţinere;-realizarea coplanarităţii (axa polară, tija verticală de susţinere şi axa tangentă

antenei sunt coplanare);-fixarea exactă a unghiului de declinaţie;-orientarea antenei strict pe direcţia N-S (spre satelitul cel mai sudic local, mai

exact satelitul cu aceeaşi logitudine cu observatorul);-fixarea unghiului de înclinare (se obţine o imagine foarte bună).La orientarea antenei pe direcţia N-S, axa polară este nerotită, deci axa polară, tija

verticală de susţinere şi axa tangentă a antenei sunt coplanare. Corecţiile pentru o orientare precisă se execută modificând azimutul şi unghiul de

înclinare (prin tatonare şi mişcarea antenei în cele două plane).

Stabilirea locului antenei de recepţie

Pentru a afla azimutul faţă de direcţia SUD, se scad 180o din valoarea azimutului antenei spre satelit obţinută cu următoarea relaţie:

în care se utilizează longitudinea λ şi latitudinea φ a locului de recepţie, precum şi poziţia orbitală a satelitului S.

Dacă diferenţa este pozitivă, se adaugă VEST.Dacă diferenţa este negativă, se adaugă EST.

Exemplu: oraşul Timişoara are: ,

Pentru satelitul EUT I-F4, poziţionat la 13oE, ( ), rezultă următoarele coordonate ale antenei de recepţie:

Azimutul faţă de sud, rezultă că are valoarea:

iar elevaţia rămâne la fel.Deci este necesară cunoaşterea precisă a direcţiei N-S. Pentru a afla direcţia N-S,

putem folosi considerente astronomice. Cu busola în oraşe pot apărea abateri de 10o-20o.Se ştie că un fus orar cuprinde 15o, ora oficială a României în regim de iarnă fiind

în avans cu 2 ore faţă de ora meridianului Greenwich.Ora astronomică egală cu ora oficială a ţării noastre corespunde doar meridianului

de 30o, situate la Est de Sulina în Marea Neagră.La ora 12 (pentru meridianul 30o), umbra unui obiect va fi după direcţia N-S.

Cunoscând meridianul locului se poate determina momentul în care Soarele va fi pe direcţia Sud (15o este echivalent cu 1 oră).

Pentru longitudinea , faţă de meridianul de 30o, diferenţa este de , adică de 36 minute.Poziţia sudului se va determina pentru ora 12:36:00, cu ajutorul unui fir cu plumb.Pentru a avea o recepţie sigură, antenna de recepţie trebuie să aibă o vizibilitate

directă a satelitului.În cazul existenţei unui obstacol, pentru stabilirea locului antenei se verifică

condiţia dată de următoarea relaţie:

în care: h este înălţimea maximă a obstacolului pentru care recepţia este posibilă; d este distanţa dintre antenă şi obstacol, măsurată în plan orizontal; k este constanta care se alege egală cu 1 m; EL este elevaţia antenei.Cunoscând h, se poate afla distanţa:

Exemplu: în faţa antenei există un bloc cu (parter plus patru etaje). Elevaţia pentru satelitul EUT I-F4 are valoarea: . Pentru distanţa minimă de plasare a antenei faţă de bloc, rezultă valoarea: .