Приёмные антенны

Из гостевой: "UR5VJO  Добрый день.Егор у меня такой вопрос : какие антенны вы применяете для работы через спутники?"

     Вопрос мне показался интересным в связи с тем, что реально в Космосе объектов, которые можно слушать,  на порядок больше чем тех, через (или с которыми) можно работать. Лично я получаю больше удовольствия когда мне удаётся узнать из полученного со спутника сообщения что-то новое об этом космическом объекте, либо проследить за его электрическим состоянием, чем при проведении связи через активный (или пакетный, например диджипитер МКС) ретранслятор. Хотя, конечно, и это представляет интерес. Особенно межконтинентальные связи. Таким образом сначала я просто отвечу на вопрос, а потом пофилософствую на тему "было бы желание" :-)

  Для того, чтобы провести связь или долго слышать пролетающий над нашей частью Земли космический объект желательно иметь высокоэффективные антенны, которые одинаково хороши и на приём и на передачу. Причём, если вы хотя бы немного знакомы с космическим радиолюбительством, то наверное знаете что часто приём ведётся на одном диапазоне, а передача на другом. Так вот здесь определяющее слово - передача.

Дело в том, что требования к приёмным антеннам гораздо более скромные чем к передающим. Основная трудность в процессе космической радиосвязи - "дотянуться" не очень мощным передатчиком до достаточно удалённого объекта, т.е. эффективность, направленные и резонансные свойства применяемой на передачу антенной.  Тоесть антенна должна быть спроектирована на рабочую частоту, иметь хорошее согласование с фидером, большое усиление в направлении основного лепестка диаграммы    направленности и т.д.  Поэтому, если вы планируете именно радиосвязь через космические ретрансляторы, то необходимо иметь как минимум две антенны для диапазонов 144/435 мгц. Это должны быть направленные антенны и очень хорошо, если эти антенны будут иметь возможность вращаться в двух плоскостях.

         Дело в том, что обычно антенны типа Уда-Яги имеют небольшой угол излучения в вертикальной плоскости, а "над головой", там где находится спутник в момент его нахождения на самом коротком расстоянии от нас, она практически вообще не работает.   Поэтому если есть желание избежать значительных затрат на приобретение и строительство системы вращения антенн в двух плоскостях, то можно обратить внимание на систему простых антенн в которых сигналы с отдельных диполей складываются формируя круговую диаграмму направленности и круговую поляризацию.
Например, модифицированная антенна Харченко. Или применять специализироанную для спутниковой связи квадрифилярную антенну.

    Конечно, совсем не хуже, если  на приём будет использоваться такая же по эффективности антенна. Но в связи с тем, что у наших радиолюбителей появилось очень много доступных SDR УКВ приёмников, теперь у многих появилась возможность слушать спутниковые участки диапазонов. причём при этом не обязательно использовать специализированные  УКВ антенны.
  Например средним по эффективности вариантом панорамной (обзорной) антенны может служить дисконусная антенна или её варианты. Или, например, многоэлементная дипольная антенна. Про неё можно прочитать тут
     Конечно же, это будет компромиссный вариант, но вполне жизнеспособный. Если рассмотреть теоретические вопросы, то становится  очевидным, что самый критичный параметр любой антенны - высота установки. Часто двухэлементная антенна, поднятая на высоту 15 метров работает эффективнее чем трёхэлементная расположенная на высоте 7-9 метров.  Ниже диаграммы отражающие результат экспериментальных работ DJ2NN. Зависимости эффективности направленной KB антенны от высоты ее установки: 1  DX станции, 2  “ближняя” зона: а  диапазон 14 МГц; б-диапазон 28 МГц

  Таким образом первое пожелание к приёмной антенне для спутников сформировано - как можно более высоко. Это особенно важно для увеличения времени нахождения спутника в зоне радиовидимости - когда спутник только-только показазался из-за горизонта. На рисунке ниже зависимости эффективности УКВ антенны от высоты ее установки: 1—диапазон 432 МГц; 2' — диапазон 144 МГц. Тут мы видим кривую, которая в "режим насыщения" не входит: чем выше, тем лучше.

    В связи с тем, что применение нерезонансных, а точнее случайных, антенн для приёма УКВ диапазонов чревато высоким уровнем помех, в первую очередь негармонических, тоесть щелчки, треск, работа импульсных электрических устройств и т.д.  желательно чтобы антенна была замкнутой, читай рамочной.

  УКВ приёмники имеют, конечно входные LC фильтры, но при больших длинах проводов антенн они малоэффективны. Малогабаритные УКВ радио типа BAOFENG и подобные практически вообще не имеют индуктивностей :-), УКВ SDR приёмники типа Dongle тоже. Поэтому чем ближе к УКВ диапазону будет резонанс применяемой рамки, тем лучше. Если у вас уже есть какая-то рамочная либо "Т" или "Г" образная антенна, то её тоже можно использовать применив в качестве элемента связи приёмника с антенной конденсатор ёмкостью до 5 пикофарад.  Или применить слабую индуктивную связь, например один виток вокруг центрального проводника снижения антенны. Конечно же можно выполнить полноценный входной контур, но тогда это уже не будет случайной антенной :-)

И последнее, что можно определить как желаемое для рамочной антенны спутникового диапазона случайной длинны - её ориентация. В связи с тем, что спутниковые сигналы лучше всего слышны при минимальном расстоянии до него, а это как раз тот случай, когда спутник пролетает у вас над головой, рамочную антенну лучше расположить в горизонтальной плоскости. Тогда она превращается в антенну зенитного излучения ( :-) со всеми вытекающими отсюда последствиями. 

Вот описание гибрида диско-конусной антенны и многодиапазонного диполя. При кажущейся "чудаковатости" антенна работает согласно всех законов физики и радиотехники. Естественно, никакого коэффициента усиления из-за переизлучения элементами она не имеет, но в связи с тем, что концы диполей разнесены в пространстве, они достаточной добротности, поэтому частотная характеристика напоминает верхнюю часть гармошки (гребешка).

Одним словом на приём можно использовать любую имеющуюся антенну выполнив какое-то устройство хотя бы приблизительно выполняющее функции согласующего :-)