Parabol Antennen

Parabolantentennen

En parabol bygger på en parabel. En parabel är en matematisk kurva, som följer den matematiska funktionen som är angiven i bilden Om man låter parabeln rotera runt y-axeln bildas en yta som kallas paraboloid.

Denna yta har en speciell optisk egenskap. Fysikens lagar säger att parallellt infallande ljusknippe koncentreras mot en brännpunkt kallad fokus. Detta gäller även om det infallande ljuset faller in snett mot paraboloiden, men fokus ligger då på olika platser beroende på ljusknippets infallsvinkel.

Det centralt liggande fokus (för signaler som faller in rakt framifrån) ligger på avståndet F (fokalavståndet) från parabolens centrum, som kallas vertex. De sekundära fokus (motsvarande signaler som faller in från andra riktningar) ligger runt omkring denna punkt.

Radiovågor på höga frekvenser beter sig mer eller mindre på samma sätt som synligt ljus. Egentligen är ju ljus och radiovågor samma sak, nämligen elektromagnetiska vågrörelser. Därför används också antenner som egentligen mer eller mindre fungerar som optik, när frekvensen blir tillräckligt hög. Här visas hur radiosignalen, på samma sätt som ljus, samlas i fokalpunkten.

En tv-satellit sänder ut en mycket svag signal, som måste kunna fångas upp av parabolantennen. Slutsteget i satellittranspondern, (den radioutrustning i en satellit som kan distribuera en analog tv-kanal eller en multiplex av 8-10 tv-kanaler) har en uteffekt på ungefär 100 watt. Denna effekt, inte mer än vad som förbrukas av en vanlig glödlampa, sprids över ett område som kan vara lika stort som hela Europa. Parabolantennen, med sin begränsade yta, kan då endast fånga upp en bråkdel av den utsända energin.

Den första typen av parabolantenn var den centrummatade antennen. Den är symetrisk och kan därmed vara olika djup beroende på vilken parabel den bygger på. Djupet anges genom öppningsförhållandet, som är kvoten mellan fokalavståndet och diametern. Den vanligaste öppningsförhållandet ligger kring F/D=0,4. Gör man parabolen djupare blir det svårt att tillverka ett matarhorn som "tittar mot", eller "belyser", reflektorn på ett jämnt och effektivt sätt. Om man istället tillverkar en antenn som är flatare så fungerar den bättre optiskt, men kan bli mekaniskt instabil. F/D=0,4 är således en kompromiss.

Vanligaste är att man placerar ett mikrovågshuvud direkt i fokalpunkten. Men det finns även s k dubbelreflektorantenner där det sitter en mindre reflektor som flyttar fokalpunkten nära huvudreflektorns centrum, där matarhornet sitter. Den här typen av antenner förekommer numera mest i upplänkstationer och i radioastronomiska sammanhang.

Tillbaka.

Offset Antenn

Den centrummatade eller fokalmatade antennen var länge den enda typen av antenn som användes, men så småningom kom det som kallas "offsetmatad antenn". Detta är en vidareutveckling av den enkla parabolantennen. Utgångspunkten är en stor s k moderparabol med ett litet öppningsförhållande, ofta ca 0,25. Ur denna skär man ut en del. LBNn och dess matarhorn placeras i moderparabolens fokalpunkt och riktas något uppåt för att belysa reflektorytan bättre. Givetvis skär man i praktiken inte ut en offsetparabol ur en moderparabol, detta är bara en matemastisk modell. Istället tillverkas offsetantennen direkt ur ett stycke plåt. Den asymmetriska formen gjorde dock att det tog några år innan det gick att tillverka billiga offsetantenner. Det finns också begränsningar för hur stora offsetantenner det

går att tillverka till en rimlig kostnad. Riktigt stora antenner, över 2,4 meter, är därför fortfarande ofta av centrummatad typ. Ett exempel på detta är antenner i upplänkstationer.

Det finns minst fyra olika anledningar till varför den centrummatade antennen inte är fullt tillräcklig. I slutet av 1980-talet blev det möjligt att tillverka lågbrusförstärkare. I och med detta blev det också allt viktigare att begränsa det brus som antennen fångade upp från omgivningen. Rymden i sig själv avger ett bakgrundsbrus, men det är även atmosfären och antennens omedelbara omgivning som brusar.

I en centrummatad antenn är matarhornet för det mesta vänt mot markytan. Därför kan det uppfatta brus från marken som kommer in utanför parabolens rand. I en offsetantenn är däremot mikrovågshuvudets, LBNns, matarhorn vänt uppåt. Därför är det bara rymdens och atmosfärens brus som kan nå in till lågbrusförstärkaren. Placeras offsetantennen utan en vägg bakom så genereras lägre brus (men de flesta offsetparaboler brukar paradoxalt nog monteras just på väggar).

Nästa förklaring är att LBNn inte skymmer signalens väg.

Den tredje fördelen med offsetantennen, som jag själv nog anser vara den allra viktigaste, är att den inte samlar snö lika lätt som en centrummatad antenn.

Slutligen går det också att styra belysningen av reflektorn bättre. Orsaken till detta är att reflektorn syns under en mindre vinkel an vad som är fallet i en centrummatad antenn. Det går då att använda ett matarhorn med större öppning och därmed med en smalare lob. I realiteten går det att belysa kanten på parabolen bättre och att därmed också få en effektivare antenn. Det är denna fjärde fördel som är huvudorsaken till att offsetantenner är effektivare än centrummatade antenner.

Resultatet blir att verkningsgraden hos en offsetantenn kanske kan nå upp till ca 75 %, medan en centrummatad antenn inte har mer än ca 55 %.

Tillbaka.

Multimatad Antenn

En paraboloid kan koncentrera signaler som faller in från olika infallsvinklar i olika fokalpunkter, då borde parabolen rimligtvis kunna "titta" i flera olika riktningar. Så är också fallet. Genom att placera en andra LBN framför reflektorn går det att "titta" i ytterligare en riktning. Den LNB som sitter i mitten är dock favoriserad och ger den bästa mottagningen.

Om vi tittar på situationen ute i Europa så är de båda mest populära banpositionerna 19 grader öst (Astra) och 13 grader öst (Eutelsat, Hot Bird). Separationen mellan satelliterna är 6 grader. Ett liknande förhållande finns mellan de båda ledande banpositionerna i Norden på 5 grader öst (Sirius) och 1 grad väst (Thor). Här är det också 6 grader mellan banpositionerna.

Riktas en parabol med ca 70 centimeters diameter mot 1 grad väst är det fullt möjligt att sätt in en andra LNB väster om den centrala LNBn. Paradoxalt nog kommer denna andra LNB att titta österut mot 5 grader öst.

Men den sidmatade LNBn fungerar sämre än den LNB som är centralt placerad. Verkningsgraden kan gå ner till hälften mot vad som gäller i den centrala positionen. Nu har dock det här konceptet visat sig fungera

bra, eftersom de svagaste signalerna från 5 grader öst är starkare än de svagaste från 1 grad väst.

Det finns också ett alternativt sätt att bygga en nordenparabol. Istället kan man låta antennen peka mitt emellan banpositionerna och låta båda banpositionerna ta en del av sidmatnings förluster. Båda koncepten förekommer på marknaden.

I båda fallen är LNBnerna anslutna till satellitmottagaren via en två vägs DiSEqC-switch, som möjliggör omkoppling mellan de olika banpositionerna.

Det går att sidmata en parabol i flera riktningar än två. Det mest kända exemplet är den s k europaparabolen. Den är i de flesta fall riktad mot 13 grader öst och sidmatad mot 19 grader öst samt 5 garder öst och 1 grad väst.

LNBerna är anslutna till mottagaren via en fyrvägs DiSEqC-switch.

Att mata en vanlig parabol från fyra riktningar har emellertid ett pris. Effektiviteten sjunkerganska kraftigt när den centrala positionen i mitten lämnas. Men det finns knep för att komma runt detta problem.

Tillverkarna märkte snart att det inte blev bra att använda vanliga paraboliska offsetantenner som europaparaboler. Därför började man att deformera antennerna i horisontalled så att de skulle fungera bättre över ett bredare område.

Det man då i praktiken gör, är att förbättra effektiviteten för de LBNer som sitter sidmatade på bekostnad av den

LNB som sitter i mitten Detta är dock en kompromiss, som enkelt kan kompenseras genom att man använder större reflektor.

Men även i deformerade antenner av det här slaget är positionerna nära centrum fortfarande i viss mån favoriserade i förhållande till de som ligger längre ut.

Det går att använda europaparaboler som kompletteras med en femte LNB för Astra 2 på 28,5 grader öst, åtminstone i de södra delarna av Sverige, men även där finns begränsningar. Ytterligare problem med konventionella europaparaboler är att det är svårt att få in LNBer som sitter tillräckligt nära varandra, när man vill mata signaler från banpositioner som ligger tätt.

De användare som har haft behov av att kunna ta ner signaler från satelliter som ligger utspridda över större område var tidigare hänvisade till motoriserade antenner. Nackdelen med dessa är att det tar tid att vrida antennen, vilket slöar ner kanalskifte mellan kanalerna som ligger i olika banpositioner.

I en multimatad antenn sker skiftet mellan olika banpositioner blixtsnabbt och tittaren behöver inte tänka i

vilken banposition en kanal ligger när han eller hon sätter samman sina kanllistor. Dessutom är LNB-erna idag så billiga att det inte är särskilt dyrt med en sådan antenn.

Jag personligen föredrar en motoriserad antenn på grund av att man kan ha en mycket stor antenn som alltid ger optimal signalstyrka oavsett i vilken banposition du befinner dig i. En riktig DXare har en motoriserad antenn för att kunna lyssna och titta på vilka kanaler som helst, det är bara horisonten som sätter gränserna.

Tillbaka.

Torodial Antenn

En torodialantenn är en offsetmatad antenn, som har en komplicerad form och dessutom är försedd med en andra reflektor, en subreflektor.

Genom detta komplicerade arrangemang är det möjligt att noga styra belysningen av den större reflektorn. Detta gör det möjligt att låta ett stort antal LNBer vara placerade i antennen och ge mottagning från många banpositioner, även sådana som ligger nära varandra, på ett förvånansvärt kompromisslöst sätt.

Hemligheten i torodialantennen är dels att kunna ta fram den rätta formen och dels kunna tillverka den till ett rimligt pris. Med avancerade datorsimuleringar går det numera att deformera reflektorerna i en konsumentantenn på ett sätt som tidigare bara gjordes i professionella sammanhang, exempelvis i satelliter eller i militära applikationer.

Tillbaka.

Torus Antennen

En paraboloid är bara riktigt effektiv när det gäller att kunna koncentrera signaler som faller in rakt framifrån. En sfärisk yta är däremot lika effektiv i alla riktningar. Men fokalpunkten i en sfärisk reflektor är inte lika distinkt som i en paraboloid. Därför är den sfäriska reflektorn mindre effektiv än en parabolisk reflektor.

Finns det då ett sätt att förena de goda egenskaperna i de båda typerna av reflektor? Jo, genom att låta reflektorn vara sfärisk enbart i horisontalled, eftersom det är i den här planet som vi vill ha möjligheten att mata från olika riktningar med hög effektivitet går problemet faktiskt att lösa.

I vertikalled låter vi reflektorn behålla den paraboliska formen och resultatet blir en så kallad torusantenn.

Antenner av det här slaget har länge använts för mottagning i t ex kabel-tv-nät.

Tillbaka.

Squarial antennen

Squarial antennen är en så kallad grupp antenn, som består av små mottagarantenner, viket gör det möjligt att bygga en enda platt parabolantenn. För många år sedan såg man ofta denna typ av antenner här i Sverige.

De passade nämligen ihop med Sirius 1 och Thor 1-satelliterna, som egentligen var två engelska, begagnade satelliter från det kapsejsade BSB-projektet. Satelliterna såldes och flyttades till banpositionerna 5 grader öst respektive 1 grad väst.

I England fanns det nämligen på många håll ett förbud mot att sätta upp mer än en parabolantenn på varje hus. Denna enda parabol var redan uppsatt och riktad mot Astra på 19 grader öst. För att lösa problemet hittade juristerna hos BSB på en ny antenn. Syftet med detta projekt var att man istället för parabol skulle ha en liten fyrkantig antenn, så kallad Squarial, som är ett mellanting mellan Square och Aerial.

När BSB hade havererat och gått samman med Sky Television till BskyB, flyttades satelliterna till de nordiska banpositionerna. Då fanns också containervis med Squarials som såldes till de nordiska länderna.

Tillbaka.

Lins Antennen

Precis som ett teleskop kan byggas med antingen konkava speglar eller linser så kan en satellitmottagningsantenn med fördel byggas med linser istället för reflektorer. Och flera försök inom detta område har gjorts, en utav dem är Cybertenna från Telewide.

Cybertenna har, liksom torodialantennen, ett brett mottagnings område och tillåter en tämligenkompromisslös
inplacering av LNBer.

Det har även gjorts många tidigare försök med linsantenner. En sådan lösning var det dielektriskaklotet, som dock blir mycket klumpigt även om det är fullständigt demokratiskt när det gäller effektiviteten vid mottagning från olika riktningar.

Tillbaka.

Motorstyrd Antennen

Det finns olika typer av motorstyrda paraboler som har lite olika egenskaper och ambitionsnivå. Alla dessa typer har dock mer eller mindre den nackdelen att tittaren måste stå ut med en längre eller kortare väntetid medan antennen ställer om sig. Därför är det svårare att "surfa" runt mellan kanalerna rent slumpmässigt. Mottagaren kanske bör programmeras så att kanalerna ligger inprogrammerade i grupper som härrör från respektive banposition. Det kan då bli svårare att utforma sina egna "favoritlistor" med programkanaler.

En motorparabol väljer man så stor att den räcker till för de flesta satelliter. Resultatet blir antenner i storleksordningen 1,2-1,8 meter. Jag har en antenn på 1,4 meter och klarar av satelliter från 45 grader väst till 42 grader öst, det är bara horisonten som sätter gränserna.

Den stora fördelen med en motorstyrd antenn är att hela dess storlek utnyttjas optimalt mot varje banposition och inte är behäftad med sidmatningsförluster så som är fallet i de multimatade norden- och europaparabolerna.

För att motorstyrningen skall bli så enkel som möjligt så hänger man upp den i ett så kallad polarmountstativ, som i princip består av en lutande axel kring vilken antennen kan vridas.

Genom listigt val av axelns lutning (vinkeln A) och en vinkel mellan antennens aperturplan och denna lutande axel (vinkeln B) så kan antennen "glida" utmed hela den geostationära banan med hjälp av bara en motor. Märk väl att antennen vrider sig i tre axlar samtidigt, azimuthvinkel, elevationsvinkel samt att hela parabolen vrider sig för att kompensera för polarisations skillnad mellan de olika satelliterna

Detta kräver en mycket hög precision vid installationen av en motoriserad antenn. Felen upptäcks oftast när man vill ta in en satellit som ligger långt öster resp. väster ut, då är oftast felet att man har "kommit ur" den geostationära banan och detta på grund av att antennen inte är rätt inställd, jag brukar använda skjutmått när jag justerar min antenn.

Detta är alltså ingenting för en ovan amatör, men för den som har tålamod kan det bli en spännande utmaning. Oftast finns det tabeller och kartor som visar de olika inställnings vinklarna som gäller för ett polarmountstativ, dessa tabeller är dock bara en riktlinje. Efter monteringen av antennen måste det alltid ske en finjustering av antennen.

Stora antenner kräver en ganska stark motor och grova strömförsörjningskablar. Detta i sin tur leder till stora nätdelar som drar ganska mycket ström. Därför har den traditionella motorstyrningen nackdelen att det krävs en pekfingertjock fempolig svart kabel. Den kabeln är inte särskilt vacker i vardagsrummet.

Stora antenner är svårare att ställ in. En 1,8 meters parabolantenn har en öppningsvinkel av bara ca 1 grad. Därför kan det vara ett stort äventyr innan alla vinklar stämmer och det hela fungerar över hela synliga delen av den geostationära banan. Naturligtvis är det viktigt att den motoriserade antennen placeras så att den har fri sikt mot så stor del av banan som möjligt.

Det finns olika modeller av motoriserade antenner. Med DiSEqC-kontroll kan man, förutom att styra switchar också styra motorn. Då räcker det med den vanliga kabeln. Mottagarens drivspänning till LNBn används i detta fall också till att driva motorn och all styrning och kontroll sker med hjälp av DiSEqC-signaler.

Detta är mycket praktiskt och billigt och gör det möjligt för fler att skaffa motorstyrning. Nackdelen är dock att det knappast går att ha antenner med mer än 1 meters diameter. Detta beror på att satellitmottagarna inte kan ge tillräckligt mycket ström för större motorer. Som alternativ till en europaparabol är det dock ganska bra. Eftersom det här är fråga om en mindre antenn så är ofta vinkeln B fixerad och behöver då inte ställas in. Nackdelen är dock, som för alla motorstyrda alternativ, att det blir en viss

väntetid mellan banpositionerna. För den som vill ha en stor motorstyrd parabol men ändå vill slippa fula kablar i vardagsrummet så finns faktiskt ännu ett alternativ. Där utnyttjar man DiSEqC-styrning som kontrollerar en nätdel som t ex placeras på vinden. Från denna nätdel går det sedan grövre kablar till antennen. Egentligen är det här samma sak som den traditionella motorstyrda antennen, men det blir snyggare inne i rummet.

Ytterligare ett minialternativ är Variosat som egentligen är en motorstyrd multimatning. Systemet har samma nackdelar som alla andra multimatningar i att man får en förlust genom sidmatning.

Fördelen i förhållande till norden- eller europaparabolerna är dock att det går att ta emot fler banpositioner. I multimatade antenner är det svårt att placera in LNBer så tätt att det går att ta emot t ex 16 grader öst och 13 grader öst i samma antenn. Detta löser Variosat mycket elegant eftersom det går att flytta den enda LNBn i sidled med så fin upplösning att det går att ta emot två banpositioner som ligger i princip hur nära varandra som helst. Den går också att använda i stora antenner.

Som avslut. En motoriserad antenn är ingenting för den som inte har intresse utöver vanligt tv tittande, utan en sådan antenn passar endast de som har satellit tv som en hobby.

Tillbaka.

Hur en LNB fungerar

Satelliterna sänder med polariserade mikrovågor och flertalet med så kallade linjär polarisation. Detta innebär att den elektriska respektive magnetiska vågrörelsen sker i ett visst plan.

En signal som är horisontalt polariserad är helt isolerad från en signal som är vertikalt polariserad, även om signalerna ligger inom samma frekvensområde. Detta är mycket bra, eftersom det går att utnyttja frekvensspektrat två gånger och därmed gör det möjligt att sända över dubbelt så mycket information.

Men det innebär också att de antenner som används för att fånga upp signalen måste vara absolut rätt orienterade i förhållande till de inkommande signalernas polarisationsriktningar. Annars kommer de horisontal- och vertkalpolariserade

signalerna att blanda sig med varandra.

För att illustrera detta skall vi titta lite närmare på hur en LNB fungerar. LNBn är en liten enhet, vars utmärkande del är det s k matarhornet, som är ett cirkulärt koniskt rör. Den breda delen av konen är täckt av ett fönster, oftast tillverkad i ett plastmaterial, som släpper igenom mikrovågssignalen. Matarhornet leder signalen in till själva kretskortet, i vilket två små antennspröt är inetsade. Ett antennspröt av den här typen är en kvarts våglängd långt. Eftersom sändningsfrekvensen i riktningen ner ifrån satelliterna över Europa brukar ligga kring 12 GHz (12000 MHz), innebär detta en våglängd av ca 2,5 centimeter. De små antennspröten blir därför ca 6 mm långa. De är förbundna till switchdioder med hjälp av en lågbrusförstärkare, som förstärker signalen ca 100 gånger.

Var och en av switchdioderna kan antingen vara spänningssatt, så att den släpper igenom signalen, eller backspänd, så att den blockerar signalens väg. På så vis kan man styra vilket av de båda antennspröten som skall vara inkopplat.

De två lågbrustransistorerna är de viktigaste komponenterna i hela LNBn. Det är utvecklingen när det gäller lågbrusigheten i dessa transistorer som efter hand har möjliggjort små och praktiska parabolantenner.

Efter lågbrusförstärkaren sitter en blandare, där den inkommande signalen kan blandas med antingen frekvensen 9,75 GHz eller 10,60 GHz, beroende på i vilken del av frekvensbandet 10,70-12,75 GHz den signal som man vill ta emot ligger.

Det finns således två lokala oscillatorer som kan kopplas in och ur allt efter behov. Slutligen finns det även en s k mellanfrekvensförstärkare, som förstärker den blandade signalen ytterligare 1000 gånger, inom frekvensområdet 950-2150 MHz, innan signalen skickas vidare till satellitmottagaren.

För att lyckas med sin parabolinstallation är det mycket viktigt att LNBn är vriden så att de två antennspröten ligger exakt rätt i förhållande till polarisationsplanen.

Här nedan kan ni se schemat för en universial LNB.

Tillbaka.