Какие бывают спутниковые антенны: большой обзор всех видов

Слово «тарелка» приклеилось к спутниковой антенне так прочно, что за ним теряется разнообразие. Под одним названием живут и штатная чаша Триколора на 0,6 метра, и складная антенна для выезда за город, и хитрая конструкция, которая в одиночку принимает сигнал сразу с нескольких спутников.

Давайте разберем все виды спутниковых антенн (и некоторые из них не похожи на тарелки). Но сразу очертим круг. Речь пойдёт только о тех антеннах, которые ставятся на дом, дачу или в машину, то есть про спутниковое ТВ и спутниковый интернет. Крупные антенны станций спутниковой связи, радиотелескопы и антенны тропосферных станций мы оставим за рамками. Часть из них тоже работает со спутниками, но это техника операторов и научных центров, купить и поставить её нельзя, а деления у неё свои.

И ещё одно уточнение. Все описанные ниже антенны рассчитаны на геостационарные спутники, то есть висящие над одной точкой экватора неподвижно. Именно поэтому такую антенну наводят один раз и дальше не трогают. Техника для приема с низкоорбитальных летящих спутников устроена иначе.

Единой классификации, где антенны раскладывались бы по полочкам, не существует. Есть несколько независимых признаков, и каждая антенна описывается по всем сразу, ведь одна и та же чаша может быть офсетной, цельноштампованной, стальной и стационарной. Разберём эти признаки по очереди.

Как устроена антенна

Прежде чем перечислять виды и признаки антенн, кратко расскажем, как она устроена, и дадим определения словам, которые встретятся дальше по тексту.

Зеркало, оно же чаша или рефлектор, — то, что все и называют тарелкой. Оно отражает пришедший сигнал и сводит его в одну точку.

Фокус — эта самая точка. Где она окажется, зависит от формы и раскроя зеркала, и как раз по её расположению антенны делятся на офсетные и прямофокусные.

Конвертер стоит напротив зеркала на кронштейне или на штангах. Он принимает собранный зеркалом сигнал, усиливает его и понижает частоту, чтобы тот прошёл по кабелю без больших потерь. У приёмо-передающих антенн вместо конвертера стоит приёмо-передатчик.

Кабель идёт от конвертера к ресиверу или модему в доме. По нему же на конвертер подаётся питание.

Кронштейн держит всю конструкцию на стене или на мачте. Жёсткость тут важна не меньше качества самой чаши, потому что от сбитой наводки сигнал пропадает целиком.

Приемные и приемо-передающие антенны

Здесь всего два варианта, и внешне они похожи, но отличаются по задаче, которую выполняют.

Приёмные антенны — для телевидения

Работают только на приём. Перед зеркалом у них закреплён конвертер, от которого идёт один коаксиальный кабель к ресиверу. Это всё спутниковое телевидение.

Приёмо-передающие — для спутникового интернета

Большинство абонентских комплектов спутникового интернета относится к классу VSAT (very small aperture terminal — терминал с очень малой апертурой, то есть с небольшим зеркалом), и это слово стоит в описаниях оборудования. Связь здесь двусторонняя, запрос уходит от абонента на спутник и дальше на станцию провайдера, а ответ возвращается обратно. Вместо конвертера тут стоит приёмо-передатчик, кабелей от него идёт два, а на другом конце вместо ТВ-ресивера подключён спутниковый терминал.
Требования к такой антенне выше, чем к приемной. Она должна быть точно наведена, потому что рядом с нужным спутником на орбите стоят чужие, и передавать в их сторону нельзя. Крепление ей нужно жёсткое, чтобы наводку не сбивало ветром.

Форма антенны: параболические, тороидальные и плоские

Параболические

Это самая распространенная форма зеркала, именно такие «тарелки» вы чаще всего видите на жилых домах. Форма параболоида выбрана не для красоты, она собирает приходящий параллельный поток волн в одну точку, где и стоит конвертер.

Тороидальные

Отражатель у тороидальных антенн скроен из куска тора, так называется фигура, похожая на бублик. Грубо говоря, чаша вытянута вбок и по одной оси изогнута иначе, чем по другой. Плюс в конструкции есть второе зеркало.

Такая геометрия даёт не одну фокусную точку, а целую фокусную дугу. Вдоль неё можно поставить в ряд несколько конвертеров, и каждый будет принимать со своего спутника, причём без потери качества, которая неизбежна при обычном мультифиде (когда дополнительный конвертер просто вешают сбоку от основного). Такие антенны ставят там, где нужен приём сразу с нескольких спутников, а место под отдельную чашу для каждого выделить негде.

Плоские панельные

Зеркала здесь нет вообще. Большинство таких панелей построено на фазированных антенных решётках (ФАР) или близких к ним технологиях, то есть на множестве мелких приёмных элементов на общей плате, сигнал с которых складывается в нужной фазе. Внешне выглядит как прямоугольная коробка, и на балконе она смотрится куда незаметнее чаши.

Такая панель рассчитана на определённый сектор приёма и по усилению сопоставима с небольшой офсетной тарелкой, поэтому в регионах со слабым сигналом её не хватит. Ставят её обычно там, где на фасаде нельзя вешать выступающее оборудование. Впрочем, у нас это решение остаётся нишевым, в комплектах операторов панелей нет и в магазинах они попадаются нечасто.

Расположение фокуса: прямофокусные и офсетные

Это деление внутри параболических антенн.

Прямофокусные

Классическая схема, в паспортах её называют ещё осесимметричной. Зеркало здесь — полный параболоид, симметричный относительно оси, а облучатель с конвертером закреплён точно в фокусе на нескольких штангах, прямо перед центром чаши. Антенна направлена на спутник в буквальном смысле, её ось смотрит туда же, куда идёт сигнал.

В России такие антенны ставят нечасто. У нас спутник виден невысоко над горизонтом, а зеркало у прямофокусной антенны глубокое и симметричное, поэтому при наклоне нижняя половина чаши работает ковшом, где копятся снег и вода. Вдобавок облучатель со штангами затеняет часть зеркала.

На больших диаметрах прямофокусная схема встречается чаще, ведь такое зеркало проще изготовить и выдержать у него нужную точность поверхности. И чем крупнее чаша, тем меньше в процентах отнимает затенение от облучателя. А вот в бытовых размерах картина обратная, там массовее и дешевле офсет.

Офсетные

Офсетная чаша устроена как вырезанный сбоку кусок того же параболоида, только фокус у него смещён вниз. Конвертер поэтому висит не по центру, а на кронштейне снизу, и зеркало не затеняет.

Устанавливается такая антенна почти вертикально, с небольшим наклоном, хотя принимает сигнал, приходящий сверху под углом. Из-за этого снег в ней не задерживается, вода стекает, а на стене дома она занимает меньше места. Именно офсетные антенны входят в базовые комплекты всех российских операторов спутникового ТВ.

Есть тут одна деталь, о которую спотыкаются при самостоятельной настройке. Угол наклона офсетной антенны не равен углу на спутник, разница составляет офсетный угол, заложенный в геометрию зеркала, и у разных моделей он обычно лежит в пределах 20–26 градусов. Поэтому, наводя антенну по калькулятору, смотрят на её собственную шкалу, а не пытаются направить чашу «в лоб».

Глубина зеркала и фокусное расстояние: длиннофокусные и короткофокусные антенны

Ещё один признак, по которому различают параболические антенны, — отношение фокусного расстояния к диаметру.

Обозначают его f/D:

• f — расстояние от зеркала до фокуса,
• D — диаметр антенны.

По сути, это мера того, насколько глубокая у антенны чаша. Чем ближе фокус, тем зеркало глубже. Длиннофокусной считают антенну с отношением около 0,5 и выше, короткофокусной — примерно 0,3 и ниже. Визуально первая выглядит плоской, вторая заметно выпуклой. У бытовых антенн значение обычно лежит между этими границами.

Тут есть тонкость с офсетными антеннами. Их чаша не круглая, а овальная, потому что вырезана сбоку из воображаемого параболоида целиком. И отношение f/D считают по диаметру этого исходного параболоида, а не по размеру самой тарелки. Так что померить овал линейкой и поделить на фокусное расстояние не получится, число выйдет бессмысленным.

На что это влияет. У короткофокусной чаши облучатель сидит близко ко дну и захватывает широкий сектор, а вместе с полезным сигналом набирает и посторонние шумы. Поэтому такие антенны чаще применяют там, где важна не чувствительность, а компактность и защита от боковых помех, — например, в передвижных комплектах. Для приёма спутникового телевидения предпочтительнее длиннофокусные зеркала, у них уровень шума ниже.

Однако у длиннофокусных антенн выше требовательность к облучателю. Конвертер рассчитан на определённый угол раскрыва, и на чашу с сильно другим f/D он встанет плохо: либо не соберёт весь сигнал, либо прихватит лишний шум мимо краёв. Именно поэтому переставлять конвертер с одной антенны на другую наугад не стоит, а при самостоятельной сборке из разных комплектов считают геометрию.

Если выбираете между двумя готовыми антеннами, глубина зеркала — не тот параметр, из-за которого стоит переживать. Диаметр решает больше: чаша в 90 сантиметров соберёт заметно больше сигнала, чем 60-сантиметровая, какой бы удачной ни была у последней геометрия. У готовых комплектов производитель уже подобрал облучатель под своё зеркало, так что f/D важен тем, кто собирает систему сам или ставит чужой конвертер.

Конструкция зеркала: цельные и лепестковые

Цельноштампованные

Сделаны из одного листа металла. Геометрия у них задана штампом и не зависит от того, кто и как собирал. Так делают все бытовые тарелки.

Сегментные (лепестковые)

Собираются из отдельных секторов на болтах. К этому переходят на крупных антеннах, где цельный лист уже неудобно везти и хранить. Расплатой становится точность, ведь коэффициент усиления антенны напрямую связан с тем, насколько поверхность соответствует расчётной, а у сборной конструкции многое определяется аккуратностью сборки.

Тип поверхности: сплошные, перфорированные и сетчатые

Сплошные

Обычный вариант, зеркало без отверстий.

Перфорированные

С мелкими дырочками по всей поверхности. Опасаться за сигнал не нужно, отверстия существенно меньше длины волны, и для приходящей волны такая поверхность остаётся сплошной. Зато такая антенна легче и заметно меньше парусит, а это важно на слабом креплении и в ветреных местах.

Сетчатые

Зеркало таких антенн сделано из сетки или из частых прутьев. Принцип тот же, что перфорированных, но просвет между прутьями заметно больше, чем дырочки перфорации, хотя издали сетка и может казаться мельче. В диапазоне спутникового ТВ длина волны около двух с половиной сантиметров, и для сетки это уже многовато, поэтому сетчатые антенны применяют в основном в C-диапазоне и других диапазонах, где волна заметно длиннее и ячейка ей не помеха. Такие тарелки заметно крупнее обычных, и сетка здесь как раз кстати, ведь у зеркала в пару метров сплошной лист дал бы огромную парусность и вес, а сквозь сетку ветер проходит насквозь.

Подвижность: стационарные, поворотные и мобильные

Стационарные

Это антенны, которые наводятся один раз при установке и дальше стоят неподвижно. Это подавляющее большинство.

На мотоподвесе (поворотные)

Отдельной конструкции у самой антенны тут нет, обычную чашу ставят на подвижное основание с электроприводом, и ресивер командой поворачивает её на нужный спутник при переключении канала. Сам привод — это актуатор, а управляет им позиционер, встроенный в ресивер или вынесенный отдельным блоком. Управление идёт по протоколу DiSEqC 1.2, где позиции спутников заносятся в память вручную, или по USALS, где ресивер сам вычисляет угол поворота по координатам точки установки. Из плюсов — один конвертер, одна чаша, а спутников доступен весь видимый сектор. Из минусов — механика на улице изнашивается, переключение занимает секунды, а смотреть каналы с двух спутников одновременно на разных телевизорах не выйдет.

Мобильные с автонаведением

Мобильными их называют не потому, что антенну возят отдельно и ставят по месту, а потому, что она работает на постоянно меняющихся координатах. Их ставят на автодома, катера и передвижные студии. Антенна сама находит спутник по данным навигации и датчиков, а дальше держит его без участия человека.

Такие системы делятся на два класса. Одни работают только на стоянке, машина встала — антенна поднялась с крыши и навелась, тронулась — сложилась обратно. Другие, их называют антеннами в движении, продолжают вести спутник на ходу. Ставят их на автомобили, автодома, поезда и суда, причём на воде задача сложнее всех, ведь качка сбивает наводку сразу по нескольким осям и нужна стабилизация. И те и другие смонтированы на технике постоянно. Продаются такие системы комплектом с приёмным оборудованием, а стоят заметно дороже стационарных.

Портативные складные (переносные)

Чемоданный вариант для выезда. Зеркало собирается из лепестков или складывается пополам, кронштейн идёт в том же кофре, а ставят антенну на землю или на треногу. Автоматики тут нет, наводят вручную по прибору, и делать это приходится заново на каждой новой стоянке. Диаметр у таких антенн небольшой, чтобы комплект оставался переносным, поэтому запас по сигналу у них скромный и место установки приходится выбирать с открытым небом в нужную сторону. Основные пользователи переносных антенн – бизнес и государственные структуры, работа которых связана с частыми перемещениями и необходимостью постоянно оставаться на связи. Например, геологоразведка, спасательные службы, СМИ, исследовательские экспедиции. Но выпускаются и кемпинговые варианты таких устройств.

Антенны для приёма с нескольких спутников

Этот раздел стоит особняком. Отдельного вида антенн тут нет, все три решения уже названы выше по другим признакам, просто собраны здесь вместе, потому что задачу они решают одну.

Обычная чаша нацелена на один спутник, и одного конвертера ей достаточно. Но операторы вещают с разных позиций, а тем, кто ищет каналы самостоятельно, интересен и весь видимый сектор. Выходов три.

Мультифид

Самое простое решение, и это даже не конструкция, а дооснащение обычной антенны. На кронштейн рядом с основным конвертером ставят дополнительный, смещённый в сторону. Он ловит соседний спутник за счёт того, что сигнал с него отражается от края зеркала. Работает это, пока спутники стоят сравнительно недалеко друг от друга. Боковой конвертер оказывается не в фокусе, поэтому принимает хуже основного, и чем дальше разнесены орбитальные позиции, тем сильнее он из фокуса уходит и тем ниже уровень сигнала. Компенсируют это чашей побольше.

ПОДРОБНЕЕ О МУЛЬТИФИДАХ

Тороидальная антенна (по форме отражателя)

Снимает ограничение, которое есть у мультифида. Конвертеры в ней стоят вдоль фокусной дуги, а не сбоку от фокуса, и каждый работает в своих штатных условиях.

Поворотная антенна на мотоподвесе

Обходится одним конвертером, поворачиваясь к нужному спутнику. Подробнее о ней сказано выше, в разделе про подвижность.

Материал изготовления

Сталь

Самый распространённый вариант. Жёсткая, держит форму, недорогая. Срок службы упирается в качество покрытия, ведь с хорошей окраской антенна служит годами, а на дешёвой ржавчина выходит из-под краски уже через пару сезонов, начиная с царапин и мест крепления.

Алюминий

Этот материал легче и не подвержен коррозии. Зато он мягче стали. Помять его проще, причём чаще это случается не на стене, а при перевозке и подъёме на крышу. На ветру чаша обычно цела, а разбалтывается плохо затянутое крепление, и наводка уходит. Так что алюминиевой антенне нужен жёсткий кронштейн и надёжная стойка.

Пластик с металлическим покрытием

Такое встречается редко. Отражает сигнал не сам пластик, а напылённый на него слой металла, и вопрос долговечности упирается в то, как этот слой переживёт солнце и мороз.

Другие виды

Всё, о чём шла речь выше, можно купить и поставить у себя. А в профессиональных системах встречаются конструкции, которые на частном доме почти не попадаются.

Обычная чаша, хоть офсетная, хоть прямофокусная, однозеркальная, ведь сигнал отражается один раз и сразу попадает на облучатель. Но есть и двухзеркальные схемы, где перед основной чашей стоит второй, маленький отражатель, а облучатель убран назад, к центру зеркала. В схеме Кассегрена малое зеркало выпуклое, гиперболическое, в схеме Грегори — вогнутое, эллиптическое. Так делают, чтобы не тянуть волновод на конец длинной штанги, а разместить приёмный тракт у основания антенны. Такие антенны стоят на земных станциях связи.

Офсетный Кассегрен объединяет обе идеи сразу. Схема двухзеркальная, но оба зеркала смещены в сторону, чтобы малое не затеняло большое. Такие антенны стоят на телепортах и крупных земных станциях.

Антенны с профилированным отражателем сделаны не строго параболическими. Форму зеркала рассчитывают так, чтобы луч покрывал нужную территорию равномерно, а не собирался в одну точку. Применяют их операторы связи.

Электронно-сканируемые антенны механики лишены вовсе, направление луча в них меняет электроника, переключая фазы на элементах решётки. Именно так устроены абонентские терминалы низкоорбитальных систем, о которых говорилось во вступлении.

Антенны в радиопрозрачном обтекателе (его называют радомом) закрыты куполом, который защищает зеркало от ветра, снега, обледенения и морской соли. Их ставят на суда и на объекты, где связь должна работать в любую погоду.

Рупорные антенны выглядят как расширяющаяся труба, обычно прямоугольная. Зеркала у них нет, волна идёт по волноводу и излучается через раструб. Чаще всего рупор служит облучателем для параболической чаши, но применяют его и сам по себе, когда нужен широкий луч и не нужно большое усиление.

Линзовые антенны фокусируют волну не отражением, а прохождением сквозь тело из диэлектрика, примерно как оптическая линза собирает свет. Встречаются в профессиональной технике и на высоких частотах.

Надувные антенны — вариант для полевых условий. Зеркало держит форму за счёт давления воздуха в оболочке, а в сложенном виде такой комплект занимает немного места.

Как читать характеристики антенны

Признаков много, но в описании товара они складываются в одну строчку. «Офсетная стальная антенна 0,9 м, цельноштампованная» — это уже четыре пункта из нашего списка сразу. Остальное либо подразумевается по умолчанию (однозеркальная, приёмная, стационарная), либо указывается отдельно, если антенна чем-то отличается от обычной.

Так что при выборе достаточно пройтись по нескольким пунктам. Для чего антенна, для телевидения или для интернета. Подходят ли форма и размер под условия установки. Из чего сделано зеркало и что с его геометрией. И наконец, сколько спутников вам нужно и будет ли антенна стоять на одном месте.