Mielőtt belemerülünk egy műholdas állomás építésébe, tisztázzuk, hogy milyen alapvető infrastruktúrára lesz szükségünk. A legfontosabb az antennákra kitérni.

A következőkben néhány olyan alapfogalommal indítunk, ami azok számára tartogat érdekességeket, akik nem földi küledtésirányító központot építenek.

Az az elképzelésem, hogy a frekvencia és hullámhossz fogalma felett átlendülve megnézzük, mit tud egy antenna, elnagyoljuk az illesztés kérdését, elfogadjuk, hogy hallottunk már a körsugárzóról és láttunk yagit. A cikk lineárisan születik, tehát éjjel leülök, és amikor a végére értem kijavítom a helyesírási és gépelési hibákat: szóval elnézést, ha kicsit csapongok vagy ha későbbi részekre utalok. Kipróbálok egy új formát is: a címek alatt tárgyszavanként összegzem, hogy miről lesz szó. Ez valójában nekem segítség vázlatoláskor (HI).

Mit tud egy antenna?

Tárgyszavak: nyereség, hatásfok, iránykarakterisztika; főnyaláb, melléknyaláb, előre-hátra viszony; nyílásszög; nagyobb nyereséghez tartozó irányhatás

Az antenna a rádió és a térben terjedő elektromágneses hullámok között teremt kapcsolatot. Amit az egyik lesugároz, a másik felfogja és feszültséggé alakítja. Adáskor a rádióból érkező teljesítmény egy részét kisugározza, vételkor pedig a hozzá érkező hullámok energiájából ad át valamennyit a vevőnek. Hogy ezt milyen eredménnyel teszi, az a méretén és kialakításán túl attól is függ, milyen frekvencián használjuk és milyen irányból vesszük a jeleket.

Az egyik legtöbbet emlegetett tulajdonság a nyereség. Egy passzív – sima – antenna nem termel többletenergiát, a nagyobb nyereséget azzal éri el, hogy egy bizonyos irányba jobban összpontosít, vagy ha adóról van szó, egy bizonyos irányba jobban összepontosítja a sugárzást. Hasonlóan egy lámpa foncsorához, amely ugyanannak az izzónak a fényét szűkebb területre tereli. Vételkor ez azt jelenti, hogy a megfelelő irányból érkező jelből több teljesítményt juttathatunk a rádió bemenetére, adásnál pedig azt, hogy a többi irány rovására egyfelé nagyobb energiát csoportosítunk át.

A nyereséget mindig valamilyen referenciaantennához viszonyítjuk. A dBi egy elméleti, minden irányba egyformán sugárzó, pontszerű (izotropikus) antennához, a dBd pedig egy félhullámú dipólhoz képest adja meg az értéket – ugyanaz a nyereség dBi-ben számszerűen körülbelül 2,15-el nagyobb.

A nyereséget a hatásfok is befolyásolja. A vezetőkben és a szigetelőanyagokban fellépő veszteségek miatt az antennába táplált teljesítmény egy része hővé alakul, elvész. A sugárzási hatásfok azt mutatja meg, hogy az antenna által elfogadott teljesítmény mekkora részéből lesz ténylegesen kisugárzott energia. Egy erősen irányított, de veszteséges antenna nyeresége ezért gyakran elmarad attól, amit pusztán a sugárzás összpontosítása alapján várnánk.

Az iránykarakterisztika megmutatja, hogyan változik az antenna sugárzása a tér különböző irányaiban. Az irányított antennák legerősebb sugárzási tartománya a főnyaláb, mellette és mögötte pedig kisebb melléknyalábok is kialakulhatnak. Ezek vételkor is számítanak, az antenna a fő irányon kívülről szintén foghat jeleket – és főként zavarokat. Az előre-hátra viszony a főirányban és az azzal ellentétes irányban mutatkozó nyereség különbségét jellemzi. A nagyobb érték a hátulról érkező zavarok jobb elnyomását jelenti.

A főnyaláb szélességét a nyílásszöggel jellemezzük. Általában a két olyan irány közötti szöget adják meg, ahol a nyereség a maximumhoz képest 3 dB-lel csökken, vagyis az azonos erősségű jelből vett teljesítmény a csúcsérték felére esik. Különböző síkokban eltérő nyílásszöget is mérhetünk, attól függően, hogy az antenna vertikális vagy horizontális tájolású, függőlegesen vagy vízszintesen van nagyobb nyílásszöge.

Műholdkövetésnél – ennek szükségességére vagy mellőzhetőségére a számításoknál kitérünk – mindennek következménye van. A nagyobb nyereség rendszerint szűkebb főnyalábbal – nyílásszögekkel – jár, ezért pontosabban kell a mozgó műholdra irányítanunk az antennát. Egy szélesebb nyalábú antenna nagyobb irányzási eltérést, hibát enged meg, egy keskeny nyalábú viszont pontosabb követést kíván. Az antennát és a forgatót ezért együtt érdemes méretezni: a papíron elérhető nyereség csak akkor használható ki, ha a műholdat a főnyaláb megfelelő részében tudjuk tartani.

Polarizáció

vízszintes és függőleges lineáris polarizáció; jobb- és balforgású körpolarizáció; polarizációs veszteség; forgó műhold, változó jelszint; polarizációválasztás és -váltás

A rádióvételnél az is számít, hogyan áll egymáshoz képest az adó és a vevő antennája: akkor jó igazán, ha mindekettő ugyanúgy. Ezt hétköznapi helyzetben akár egy kézirádió elfordításával is megtapasztalhatjuk, hogy ugyanaz a jel az egyik helyzetben erősebb, a másikban gyengébb lehet. Ennek egyik oka a polarizáció. Műholdaknál különösen fontos figyelni rá, mert a mozgó, esetenként forgó űreszköz antennájának helyzete hozzánk képest folyamatosan változik, és emiatt a vétel akkor is elhalkul, ha pontosan a műhold felé nézünk.

A polarizációt úgy képzelhetjük el, mint egy kifeszített kötélen végigfutó hullámot, ha megrázzuk azt: ha a kötél végét fel-le mozgatjuk, a hullám is fel-le rezeg, ha oldalirányban, akkor oldalirányban. A rádióhullámnál ezt nevezzük lineáris polarizációnak, a rezgés iránya főszabály szerint lehet függőleges vagy vízszintes. Hogy ne legyen ennyire egszerű, van körpolarizáció is, amikor a rezgés iránya folyamatosan körbefordul.

Szóval a vízszintesen felszerelt antenna vízszintes, a függőlegesen álló pedig függőleges polarizációjú hullámot sugároz a fő sugárzási irányaiba. A vétel akkor a legkedvezőbb, ha az adó és a vevő polarizációja illeszkedik egymáshoz. Két lineárisan polarizált antenna egymáshoz képesti elfordításával csökken az átadott teljesítmény. Gobndoljunk csak bele, ha egy slagot rángatva függőleges vagy vízszintes réseken akarsz átspirccelni, ott jut több víz a kerítés túloldalára, ahol a rések megegyeznek az általad spriccelt elmozdulással: a víszintes lécek között a víszintes mozgatás juttat több vizet a szomszéd kutyájára, a függőleges esetében a függőleges mozgatás: nyilván átmegy ellentétes esetben is valamennyi, de az ugatást csak megfelelő polarizáció mellett hagyja abba.

Antennáknál ideális esetben 45 fok eltérés 3 dB veszteséget jelent, 90 foknál pedig teljes kioltás következne be. Elvileg. A valóságban a visszaverődések és az antennák tökéletlensége miatt rendszerint marad valamennyi vehető jel, de a gyengülés mindenképp jelentős. Egyébként sosem bántanék vagy piszkálnék egy kutyát, még a nyestet és a vakondot is csak elköltöztettem.

Körpolarizációnál az elektromos térerősség iránya folyamatosan körbefordul. Attól függően, hogy merre, jobbforgású (RHCP) és balforgású (LHCP) körpolarizációt különböztetünk meg. A megfelelő forgásirány kiválasztása fontos, az ellentétes körpolarizációjú antennák között ugyanis jelentős veszteség keletkezik. A valódi antennák körpolarizációja sem tökéletes, ennek minőségét a tengelyarány, az axial ratio jellemzi.

Műholdas vételnél a polarizáció különösen érdekes kérdés, mert egy Földet körbezuhanó berendezés helyzete és orientációja az átvonulás közben bizony változik. Egy forgó, lineárisan polarizált antennával felszerelt műhold jele a földi lineáris antennán periodikusan erősödik, majd gyengül. A változó jelszinthez az antenna sugárzási (irány)karakterisztikája és a terjedési körülmények is hozzájárulnak, ezért nem minden elhalkulás vezethető vissza kizárólag a polarizációra, de alapvetően azt fogjuk okolni.

Egy körpolarizált földi antenna ideális esetben 3 dB polarizációs veszteséggel veszi a lineárisan polarizált jelet, annak elfordulási szögétől függetlenül. Gondolj csak a slagra: ha körbe-körbe tekerve locsolsz, a vízszintes és függőleges réseken is ugyanannyi jut át. Ez akár elfogadható kompromisszum is lehet egy forgó műhold követésénél, ugyanis a legkedvezőbb lineáris illeszkedéshez képest gyengébb jelet kapunk, ugyanakkor viszont elkerülhetjük a pusztán elfordulásból eredő mély kioltásokat. Nem találgatunk, majd kiszámoljuk. Ha a műhold maga is körpolarizációt használ, a hozzá illeszkedő forgásirányú földi antenna a célszerű választás. Fontos megjegyezni, hogy parabolatükörnél a körpolarizáció vált.

A saját állomásunknál ezért először a műhold antennájának és polarizációjának dokumentációját kell megismernünk. Keresztezett antennával, megfelelő táplálással és kapcsolóhálózattal többféle polarizáció is kialakítható vagy választható, persze nem biztos, hogy érdemes vagy szükség van rá. A váltás lehet kézi vagy automatikus, de ehhez megfelelő antennarendszer és kapcsolható hardver szükséges, önmagában egy szoftveres beállítás nem változtatja meg az antenna polarizációját, azt a fémmel kell majd megoldani. Nyugi, ennyire bonyolult nem lesz.

Erősen karcolva a gyakorlatot ezen a ponton a cikksorozat következő részét ajánlom, amikoris a műholdas vétel specializációjával folytatjuk. Az antennás szegmensnek négy része lesz, Ez volt az elméleti, jön egy műholdas specializáció, majd egy számolásos, konkrét követelményt meghatározó rész.