Satelliet TV - Zelfbouw van een polariteitswisselaar
Samenwerking met anderen is op velerlei gebied zeer belangrijk voor inspiratie en produktiviteit, vooral als het een nieuw terrein betreft. Hierbij gaan mijn gedachten nog eens terug naar de groep amateurs, die aan het begin van de jaren vijftig, onder de bezielende leiding van natuurkunde-student Hendrik de Waard, (PAOZX), thans hoogleraar aan de Rijks Universiteit Groningen, een dagelijkse continu-live TV-uitzending op de tentoonstelling "Groningen 1948" tot stand brachten. Daarom de raad aan ieder die op z'n eentje met STV bezig is: zoek contact met gelijkgestemde zielen, die zich ook voor deze boeiende materie interesseren, op vergaderingen of eventueel via een (gratis) advertentie in R B. Door de vruchtbare samenwerking met de Friese STVgroep kwam de nu volgende bijdrage tot stand.
Afb. 1 Doorsnede van een 4GHz-PolarotorTM (Chaparral).
De 4GHz-Polarotor™ van Chaparral Communications - zie de foto afb. 14 in het januarinummer 1987 (blz. 42) - is gebaseerd op in Amerika en Canada voor 4 GHz gangbare golfpijp WG11A/CMR229. LNA's en BDC's voorzien van deze flens kunnen daaraan worden gekoppeld. Met gebruik van een "elleboog" is een hoek onder 90° mogelijjk, zie kopfoto. Deze elleboog kan in twee standen worden bevestigd. Rubber ringen, in daarvoor bestemde groeven, zorgen voor een waterdichte afsluiting. De overgang van de scalar-feedhorn met ronde pijp naar golfpijp WG11A/CMR229 heeft plaats via probes, eigenlijk kleine antennetjes, die respectievelijk in de rechthoekige en in de ronde golfpijp zijn gesitueerd. Afb. 1 is een tekening in doorsnee, waaruit de bedoeling en de afmetingen voor 4 GHz kunnen worden afgeleid. Teneinde de antenneprobe in de ronde pijp zowel voor horizontale als voor verticale polarisatie te kunnen gebruiken - zonder de pijp te behoeven draaien! - is deze U-vormig gevouwen. Dat verschaft dan de mogelijkheid om, op afstand, met behulp van een motortje van polariteit te wisselen. Door de probe in de rechthoekige golfpijp, die immers steeds dezelfde positie blijft innemen, te draaien beweegt de U in de ronde pijp van een horizontale naar een verticale stand of vice versa. De probe in de golfpijp is geisoleerd en verlengd met behulp van een teflon buisje, dat met een motortje kan worden gedraaid.
Scalarringen
Hoewel mijn eigen (beperkte) ervaringen met scalar-feedhorns geen opvallende verbeteringen te zien gaven, hetgeen misschien te danken is aan het gebruik van schotelantennes van royale afmeting (Ø 2 m) en een F-D-verhouding van 0,5, is een kleine toelichting wellicht toch nuttig.
De ringen zorgen voor een zo efficiënt mogelijke belichting van de parabool en voorkomen zoveel mogelijk het optreden van zijlobben of verzwakken deze. Wanneer te veel ontvangst buiten de parabool plaats heeft dan is - evenals bij het optreden van zijlobben - een extra portie kosmische ruis aanwezig, die de ontvangst (het rendement) nodeloos verslechtert.
De constructie met de ringen is op te vatten als een in elkaar gedrukte conische hoorn (daarom wordt deze in de Engelse taal een gekreukelde of gerimpelde feedhorn genoemd), die is gekoppeld aan een ronde golfpijp. Wanneer de ringen diep genoeg zijn worden de beide componenten van de elektromagnetische golf gelijkwaardig en een bolvormig golffront met loodrecht op elkaar staande componenten is het resultaat.
De diepte van de ringen moet daartoe groter zijn dan ¼ λ, maar kleiner dan ½ λ. Een symmetrisch resultaat wordt bij 0,3 λ bereikt. Het materiaal van de ringen moet zo dun mogelijk zijn en de afstand tussen de ringen 0,2 λ tot 0,3 λ. Van drie of vijf tot tien ringen zijn mogelijk. Daarmee kan dan een belichting tot dicht bij het theoretisch optimum worden bereikt, zie afb. 2. Voor experimentele doeleinden moeten de ringen verschuifbaar zijn.
Afb. 2 Bij optimale belichting van een paraboolantenne met een F-D-verhouding van 0,5 neemt de belichting aan de rand (belichtingshoek 65°) tot -10 dB af. Onder de belichtingshoek wordt de helft van de openingshoek verstaan.
Afb. 3 De belichting van een parabool voorzien van scalarringen (een "gekreukelde conische hoorn") fabrikaat Chaparral. Frequentie is 3,9 GHz en de F-D-verhouding 0,45. Zie voor andere F-D-verhoudingen tabel 1.
| F-D-verhouding | Verzwakking |
|---|---|
| 0,25 | -22,0 dB |
| 0,30 | -17,0 dB |
| 0,35 | -13,5 dB |
| 0,40 | -10,8 dB |
| 0,45 | - 8,4 dB |
| 0,50 | - 6,9 dB |
De gunstigste plaats op de pijp wordt bepaald door de F-D-verhouding van de afb. 4) is bestemd voor schotelantennes met een F-D-verhouding van 0,3 tot 0,45. Voor parabolische antennes met een nog kleinere F-D-verhouding kan als accessoire een extra ring worden geleverd, door de fabrikant de Golden Ring genoemd. De plaats van het focuspunt wordt dan verplaatst en daarmee de afstand van de ringen tot de voorkant van de pijp.
Afb. 4 De afmetingen van scalarringen voor 3,7 tot 4,2 GHz en F-D-verhouding 0,3 tot 0,45.
Afb. 5 De dual-mode feedhorn van W. Vonk (Hoek, Zeeuws Vlaanderen).
Afb. 6 De constructie voor 4 GHz van Nick Harrold (Engeland).
Andere constructies voor 4 GHz waarmee hetzelfde doel - een optimaal gebruik van de schotel - wordt nagestreefd zijn getekend in afb. 5 (W. Vonk, Hoek, Zeeuws Vlaanderen) en in afb. 6, een uitvoering van Nick Harrold (Engeland). De verbetering die hiermee werd bereikt bedraagt volgens opgave ten minste 3 dB. Een experimentele scalar-feedhorn-constructie voor 11 tot 12 GHz is getekend in afb. 7.
Afb. 7 Schets van sclarringen voor 11 tot 12 GHz. Van drie tot tien ringen zijn mogelijk, verschuifbaar aan te brengen over de ronde pijp. Afstand a is 5,5 6 mm en de materiaaldikte is 1 mm of dunner. Het geheel kan op een schijf van printplaat worden gesoldeerd.
Dergelijke uitvoeringen vereisen wel een goede dosis mechanische vaardigheid.
Eenvoudige H-V-wisselaar van 11 tot 12 GHz
Afb. 8 De afmetingen van experimentele probes voor 11 tot 12 GHz. Het materiaal is 1 mm zilverdraad. De inwendige diameter bepaalt de laagste frequentie en kan dus spiegelfrequenties verzwakken (zie RB nr. 4 en 8 van 1985).
Voorzien van bovenstaande gegevens probeerde de Friese STVgroep in hoeverre dit principe ook voor een driemaal hogere frequentie nog bruikbaar zou zijn. Visioenen van nauwkeurigheden beter dan 0,1 mm maakten dat de verparabool. In de standaarduitvoering bereikt de Chaparral-constructie van de PolarotorTM een belichting van de parabool zoals weergegeven in afb. 3. Deze constructie (zie wachtingen niet erg hoog waren. Tot ieders verrassing bleek dat enorm mee te vallen. Afb. 8 is de tekening van de toegepaste probes, die beide even goed bruikbaar bleken. Een verschil in signaalsterkte was met de gebruikte S-meter niet waarneembaar. Ook de complete constructie met de overgang van ronde naar rechthoekige golfpijp gaf geen meetbare verschillen, in vergelijking tot de scalar-feedhorn volgens afb. 7. De H-V-wisselaar is getekend in afb. 9. Er zijn geen moeilijke onderdelen voor nodig.
Afb. 9 Constructietekening van de eerst H-V-wisselaar van de Friese STV-groep.
In deze experimentele uitvoering is de probe (afb. 8) verlengd met een teflon isolatiebuisje, afkomstig uit een stukje semi-rigid coaxkabel, waarvan de kern uiteraard is verwijderd en waarvan de resterende koperen mantel aan het asje van een motortje is gesoldeerd. Voor de probes werd 1 mm zilverdraad gebruikt. In het proefmodel is een motortje uit de modelbouw toegepast, type S181 B. Nr. 8389, fabrikaat Robbe, een zogenoemde digital servomotor. Een schakeling waarmee zo'n motortje linksom of rechtsom kan draaien is getekend in afb. 10.
Afb. 10 Schema voor een linksom of rechtsom draaiend motortje.
Motor niet noodzakelijk!
Een elektromotor is een feitelijk onnodige complicatie. Tussenstanden zijn immers niet noodzakelijk. De posities zijn bovendien niet erg critisch: op 45° is bij onze schotel al ontvangst van horizontaal en verticaal gepolariseerde kanalen mogelijk. En bij gebruik van een antenne volgens het polarmount-principe wordt de afwijking door de scheve stand (in het Engels skew) automatisch gecompenseerd.
Een omklappen van de probe over 90° is dus voldoende. Dat kan misschien al worden gerealiseerd met behulp van een al of niet bekrachtigd elektromagneetje. Maar het kan in ieder geval via een getand wieltje met een palletje, dat na een aantal malen bekrachtigen van de magneet het tandwieltje 90° laat draaien, op de wijze als bijvoorbeeld gesprek-kentellers functioneren, zie de schets van afb. 11.
Afb. 11 Schets van het mechanisme van een gesprekken teller. De elektromagneet verzet bij elke puls het getande wieltje een tand. Aan het asje kan de probe worden bevestigd.
Het wieltje van een gesprekkenteller heeft helaas een ongeschikt aantal tanden (negen).
Een pulsgeneratortje zou het benodigde aantal pulsen, na een druk op een knop, kunnen leveren dat overeenkomt met een draai van 90°.
Uit de Friese STV-groep komt verder de suggestie om dit H-V-wisselsignaal of het nu bestaat uit een paar volt niveauverschil in gelijkspanning of een toonfrequentsignaal of, zoals hiervoor aangeduid, uit een aantal pulsen via de coaxkabel naar de omlaagconverter mee te sturen. Daar kan het met een eenvoudig scheidingsfilter worden afgesplitst en dan voor commando van de H-V-wisselaar worden gebruikt. Maar wanneer er toch al een twee- of drieaderig kabeltje naar de schotel moet worden gevoerd voor de afstandbediening, dan kan met een vierde ader natuurlijk ook het (pulsvorrnig) signaal voor de H-V-wisselaar worden aangevoerd.
Wie een draaibankje tot zijn beschikking heeft kan het ronde golfpijpje beter eerst in een stukje messingplaat, dikte 2 à 5 mm monteren. Achter het schotje in de rechthoekige golfpijp is plaats voor een tweetal bevestigingsschroefjes. Aan de tegenovergestelde kant kan het messing hulpplaatje eventuele nog aan de golfpijp worden gesoldeerd.
Zo'n montage op een flens (gestippeld aangegeven in afb. 9) maakt het ook mogelijk om het effect van een kleinere inwendige pijpdiameter op de signaal-ruisverhouding door het afsnijden van spiegelfrequenties te beoordelen.
Het is natuurlijk noodzakelijk dat de gehele constructie in een weerbestendige behuizing wordt ondergebracht. Experimentele uitvoeringen kunnen met plastic speelgoedemmertjes worden beschermd.
De stand van de LNC, loodrecht ten opzichte van de H-V-wisselaar, is daarvoor niet ideaal. Met behulp van een elleboogje kan hierin verbetering worden gebracht. Misschien zijn deze in de dumphandel nog wel verkrijgbaar.
PAOVT, L. Foreman.