Korea Ever-Power · Rakendustehnika juhend
Uss ja ussiratas antenni positsioneeri ja satelliitantenni ajamite jaoks
Ka-sagedusriba maajaamal, millel on 1,2-meetrine antenn, on kiire laius 0,6 kraadi. Satelliit asub geostatsionaarsel orbiidil 36 000 km kaugusel. Kui antenni asimuuditelge ajaval ussülekandepaaril on 4 kaareminuti pikkune lõtk, siis suunamisviga tarbib 11 protsenti kiire laiusest – see halvendab signaali 0,5 dB võrra ja võib viia ühenduse langemiseni alla minimaalse kandesageduse ja müra läve. Ka-sagedusriba sagedustel on ussülekandepaari lõtk sideparameeter, mitte ainult mehaaniline spetsifikatsioon.
Antenni positsioneerid ja satelliitantennide jälgimissüsteemid kasutavad asimuudi (horisontaalse) ja kõrguse (vertikaalse) telje ajamite jaoks ussülekandepaare, kuna iselukustuv süsteem hoiab antenni suunamisnurka tuule suhtes ilma mootorita, kõrge suhe tagab kompaktse mootori abil peene nurkresolutsiooni ja 90-kraadine geomeetria sobib aluskonstruktsiooni sisse. Suunamistäpsuse eelarvetabel seob sagedusriba (C, Ku, Ka) ja antenni läbimõõdu kiire laiuse, maksimaalse lubatud suunamisvea ja seega ka ussülekandepaari maksimaalse lõtkuga – see näitab, et C-riba süsteemid taluvad 6–10 kaareminuti suurust tagasilööki, samas kui Ka-riba süsteemid nõuavad alla 2 kaareminuti. Merel stabiliseeritud antennid lisavad pideva jälgimise töö (korrigeerides laeva kreeni, piki ja lengerdust), mis tekitab 5–15 miljonit positsioneerimistsüklit aastas – see väsimuskoormus on võrreldav tuuleturbiinide lengerdusajamitega (artikkel A35), mitte aga maismaal asuvate fikseeritud punktiga antennide kvaasistaatilise tööga.
Miks antenni positsioneerid kasutavad ussiülekandeid
Antenni positsioneerija pöörab taldrikut asimuudis (horisontaalselt 0–360 kraadi) ja kõrguses (vertikaalselt 0–90 kraadi), et suunata antennikiir satelliidile või sidesihtmärgile. Geostatsionaarsete satelliitide puhul osutab antenn ühe korra ja hoiab seda – ussülekandepaar on täppispositsioneerija ja tuulekindel lukk. Madala Maa orbiidi (LEO) satelliitide puhul jälgib antenn pidevalt, kui satelliit 5–15 minuti jooksul taevast läbib – ussülekandepaar on muutuva kiirusega töötav täppisservoajam.
Mõlemad režiimid nõuavad samu kolme ussülekandepaari omadust: täpne nurkpositsioneerimine (kõrgsagedusribade puhul kaaresekundiline tase), iselukustuv tuulekoormuse vastu taldriku pinnale ja kompaktne integreerimine alusega.
360:1 suhtega ussülekandepaar koos servoenkoodriga tagab nurkresolutsiooni alla ühe kaaresekundi enkoodri loenduri kohta – see on piisav Ka-riba jälgimiseks sagedusel 40 GHz, kus kiire laius on 0,4–0,8 kraadi. Kõrge suhe teisendab mootori pöörlemise peenteks nurksammudeks, mida otseajamiga mootorid sama hinnaga saavutada ei suuda.
3,7-meetrine antenn tekitab 30 m/s tuules ligikaudu 4000 N tõukejõudu – see omakorda tekitab asimuuditeljel 2000–3000 N·m pöördemomenti. Iselukustuv süsteem hoiab antenni selle koormuse vastu ilma mootorita – see on oluline järelevalveta kaugete asukohtade puhul, kus toide võib olla katkendlik.
90-kraadise ussülekande paigutus paigutab mootori jalamitoru sisse, samal ajal kui väljund paneb tööle asimuudi- või elevatsioonihammasratta, hoides mootori antenni avast eemal (mis blokeeriks raadiosagedussignaali). Ükski teine ülekandetüüp ei saavuta risti teljega konversiooni jalami ümbriku sees.
Suunamistäpsuse eelarve — sagedusriba ja taldriku suurus ussiülekandepaari lõtku piiri suhtes
Antenni kiire laius määrab, kui täpselt antenn peab olema suunatud – ja seega ka selle, kui palju lõtku ussülekande paaril võib olla. Kiire laius on pöördvõrdeline nii sageduse kui ka taldriku läbimõõduga: kõrgem sagedus ja suurem taldrik tekitavad kitsama kiire, mis nõuab täpsemat suunamist. Suunamistäpsuse eelarve eraldab osa (tavaliselt 10–20 protsenti) kiire laiusest ussülekande paari lõtkule – ülejäänud eelarve jätab konstruktsiooni läbipainde, soojuspaisumise ja tuule põhjustatud painde jaoks.
Eelarvetabel näitab 10-kordset lubatud tagasilöögi ulatust C-ribalt (10 kaareminutit) V-riba/LEO-ni (alla 1 kaareminuti). C-riba VSAT-terminali jaoks täiesti piisav ussülekandepaar muutub Ka-riba maajaama jaoks täiesti kasutuskõlbmatuks – sama mehaaniline komponent ei vasta sidespetsifikatsioonile enne, kui pöördemomenti või kiirust üldse arvestada. Seetõttu tuleb antenni ussülekandepaari hankimisel alustada raadiosagedusspetsifikatsioonist (sagedusriba + antenni suurus), mitte mehaanilisest spetsifikatsioonist (pöördemoment + suhe).
Merenduslik stabiliseeritud antenn – pidev jälgimine laeva liikumise ajal
Maapealsed antennid osutavad ühele asendile ja püsivad seal – ussülekandepaar töötab esialgse joondamise ajal minuteid ja seejärel seisab paigal kuid või aastaid. Merel stabiliseeritud antennidega on vastupidi: laev kreenib (pluss-miinus 15–30 kraadi), kaldub (pluss-miinus 5–10 kraadi) ja kaldub (pluss-miinus 3–5 kraadi) pidevalt. Antenni positsioneerija peab mõlemal teljel vastassuunas pöörlema, et hoida kiir satelliidi poole suunatud hoolimata laeva liikumisest – pidev servosilmus, mis töötab kiirusega 10–50 korrektsiooni sekundis.
See pidev jälgimine tekitab 5–15 miljonit ussülekandepaari positsioneerimistsüklit aastas – väsimuskoormus, mis on 1000 korda suurem kui maismaal asuval geostatsionaarsel antennil ja võrreldav artiklis A35 käsitletud tuuleturbiinide sammuajamitega. Ussülekandepaari materjal peab sellele väsimusele vastu pidama: tsentrifugaalvalatud fosforpronks- või alumiiniumpronksrattad (liivavalatud ratastel tekivad poorsuse kohtades väsimuspraod 2–3 aasta jooksul pärast merel kasutamist). Uss peab olema karastatud HRC 58+ kõvadusega ja lihvitud Ra 0,3 µm või paremani – haakitud ussid tekitavad pideva tagurpidi koormuse all liigset lõtku.
Korea merendusalaste VSAT-i tootja paigaldas Ku-ribal stabiliseeritud antennisüsteemid 12 konteinerlaevale. Igal antennil oli kaks ussülekandepaari (asimuut ja elevatsioon). Algses spetsifikatsioonis kasutati standardseid tööstuslikke ussülekandepaare – moodul 1,5, keskpunktide vahe 35 mm, suhe 90:1, liivavalatud fosforpronksist ratas, lõtk 5 kaareminuti. Ku-riba suunamiseelarve 1,0 m taldriku juures nõudis maksimaalselt 3 kaareminuti – see oli juba marginaalne 5 kaareminuti suuruse esialgse lõtku korral. Pärast 18-kuulist pidevat merenduslikku jälgimist (umbes 7,5 miljonit tagasipööramistsüklit telje kohta) tekkis 24-st elevatsioonitelje paarist 5-l lõtk üle 12 kaareminuti – liivavalatud pronksist ratastel olid tekkinud valupoorsuse kohtades pinnaalused väsimuspraod. Signaali kvaliteet halvenes mõjutatud laevadel, põhjustades vahelduvaid lingi katkemisi raskete ilmastikutingimuste ajal (kui laeva liikumisamplituud oli suurim ja ussülekandepaar töötas kõige raskemini). Kogu laevastik asendati tsentrifugaalvalatud alumiiniumpronksist ratastega (poorsusevabad, suurepärane väsimuskindlus) ja eellaaditud dupleksspetsifikatsiooniga (lõtk alla 2 kaareminuti). Asenduspaari hind: 280 USD võrreldes originaalpaari 120 USD-ga – 160 USD lisatasu. Laevastikuüleste ühenduse kvaliteedi kaebuste ja avariitehnikute külastuste maksumus 5 laeval kolmel mandril: ligikaudu 45 000 USD. Õppetund: mereantennide ussülekandepaarid peavad olema ette nähtud pidevalt tagurpidi liikuva väsimuse, mitte staatilise koormusega tööstuslikuks kasutamiseks. Tsentrifugaalvalatud (mitte liivavalatud) rattad ja eelpingestatud (mitte standardse lõtkuga) spetsifikatsioon on kohustuslikud iga antenni puhul, mis jälgib satelliiti liikuvalt platvormilt.
Kolme antenni positsioneeri ussülekande paari spetsifikatsioonijuhtumid
Juhtum 1 – Korea mere-VSAT: Ku-sagedusriba, 1,0 m antenn, stabiliseeritud, pidev jälgimine
Korea merendusalase VSAT-i tootja määras Ku-riba stabiliseeritud antenni (1,0 m taldrik, 14/12 GHz üles-/allalink) asimuudi- ja elevatsioonitelgede jaoks ussülekandepaarid. Kiire laius: 1,4 kraadi. Maksimaalne suunamisviga: 0,14 kraadi (10 protsenti kiire laiusest). Ussülekandepaari lõtk: 0,04 kraadi = 2,4 kaareminutit. Parandatud spetsifikatsioon (pärast laevastiku intsidenti): eellaaditud dupleks, moodul 1,5, keskpunktide kaugus 35 mm, suhe 90:1, maanduse Ra 0,3 µm. Ratas: tsentrifugaalvalualumiiniumpronks (väsimuskindel 20 miljoni tagurdustsükli jaoks). Efektiivne lõtk: 1,8 kaareminutit. Mootor: 24 V alalisvoolu servo 65 536-kohalise absoluutse enkoodriga. Tuulehoidemoment (paigaldusasend, Beaufort 10): 450 N·m. Korpus: merekvaliteediga epoksükattega alumiinium, IP66. Hind paari kohta: 280 USD. Kaks antenni kohta: 560 USD. Aastane toodang: 800 antennisüsteemi (1600 ussülekandepaari). Signaali kvaliteet pärast uuendamist: suunamisvea tõttu ei esinenud lingi katkestusi kogu laevastikus.
Juhtum 2 – Jaapani LEO satelliitjälgimine: Ka-sagedusala, 3,7 m antenn, alla kaaresekundiline, maapealne
Jaapani satelliitsideettevõte määras lairiba internetilüüsi teenuse osutamiseks 3,7-meetrise Ka-sagedusriba maajaama jaoks ussülekandepaarid, mis jälgivad LEO satelliite. Kiire laius: 0,2 kraadi. Maksimaalne osutamisviga: 0,02 kraadi = 72 kaaresekundit. Ussülekandepaari lõtk: 15 kaaresekundit (20 protsenti kogu osutamiseelarvest). See oli alla eellaaditud dupleksi saavutatava piiri (tavaliselt 1 kuni 2 kaareminutit = 60 kuni 120 kaaresekundit) – see nõudis täiendavat kodeerija-tagasiside korrektsioonisilmust, mis mõõtis antenni tegelikku asukohta otse antenni teljele paigaldatud täppisoptilise kodeerija abil (mööda minnes ussülekandepaari lõtkust juhtimissilmuses). Ussülekandepaar: eellaaditud dupleks, moodul 2, tsentrite kaugus 50 mm, suhe 360:1, kattuvuse Ra 0,2 µm, DIN klass 3. Efektiivne mehaaniline lõtk: 45 kaaresekundit – kuid kodeerija tagasisidesilmus vähendas efektiivse osutamisvea alla 10 kaaresekundi, kompenseerides lõtku tarkvaras. Ratas: tsentrifugaalvalu tinapronks nikli lisandiga. Hind paari kohta: 850 USD. Kaks antenni kohta: 1700 USD. Sirvi Täppis-ussiülekande reduktorid antenni jaoks satelliitjälgimise ja maajaama rakenduste valikud.
Juhtum 3 – Vietnami leviedastusühendus: C-sagedusala, 4,5 m antenn, fikseeritud geostatsionaarne, kuluoptimeeritud
Vietnami televisiooniorganisatsioon määras kindlaks geostatsionaarse satelliidi poole suunatud 4,5-meetrise C-riba üleslingi antenni asimuudi ja elevatsiooni ajamite jaoks ussülekandepaarid. Kiire laius: 0,8 kraadi. Maksimaalne suunamisviga: 0,08 kraadi = 4,8 kaareminutit. Helde C-riba eelarve lubas standardset (eelpingeta) ussülekandepaari 6 kaareminutilise lõtkuga – see jäi 4,8 kaareminutilise jaotuse piiresse, kusjuures oli varu. Antenn osutas paigaldamise ajal ühe korra ja seda reguleeriti ainult iga-aastase hoolduse käigus – sisuliselt null töötsüklit aastas (äärmuslik väikese koormusega rakendus). Ussülekandepaar: ühe käivitusega, moodul 3, tsentrite vahe 80 mm, suhe 72:1, maanduse Ra 0,4 µm. Standardne fosforpronksist ratas (väsimusnõudeta – null tsüklit). Tuulehoidemoment 4,5 m taldrikul: 3200 N·m (projekteeritud tuul 35 m/s). Korpus: kuumtsingitud, IP55. Paari hind: 145 USD. Kaks antenni kohta: 290 USD. Spetsifikatsioon näitab, et C-riba fikseeritud punktiga antennid on ühed kõige vähem nõudlikud ussülekandepaari rakendused igas tööstusharus – madalam täpsus, väiksem töökoormus ja madalam hind kui pakendamismasina indekseerimisajamil (artikkel A16).
Korduma kippuvad küsimused
K: Kuidas arvutada antenni ussülekande paari tagasilöögi eelarvet?
Alustage 3 dB kiire laiusega: BW = 70 × λ / D (kraadi), kus λ on lainepikkus (m) ja D on taldriku läbimõõt (m). Maksimaalne lubatud suunamisviga on tavaliselt 10–20 protsenti kiire laiusest (sõltuvalt lingi eelarve piirest). Eraldage 20–30 protsenti kogu suunamiseelarvest ussülekandepaari lõtkuks (jättes 70–80 protsenti konstruktsiooni läbipainde, soojuspaisumise ja tuulepainde jaoks). Näide: Ka-riba sagedusel 30 GHz (λ = 0,01 m), D = 2,4 m: BW = 70 × 0,01 / 2,4 = 0,29 kraadi. Koguvea eelarve 15 protsendi juures: 0,044 kraadi = 2,6 kaareminutit. Ussülekandepaari jaotus 25 protsendi juures: 0,65 kaareminutit = 39 kaaresekundit. See nõuab eelnevalt laaditud duplekspaari – standardpaarid ei saa saavutada alla 1 kaareminuti.
K: Miks kulutavad merel põhinevad antennide jälgimisseadmed ussülekandepaare kiiremini kui maismaal asuvad antennid?
Maapealne geostatsionaarne antenn korrigeerib asendit üks kord (paigaldamise ajal) ja hoiab seda – ussülekandepaar võib aastas teostada vähem kui 100 positsioneerimistsüklit. Merenduses stabiliseeritud antenn korrigeerib pidevalt laeva kreeni, piki ja suunda – teostades 10–50 korrektsiooni sekundis, 24 tundi ööpäevas, tootes 5–15 miljonit tagasipööramistsüklit aastas. See pidev tagasipööramiskoormus tekitab rattahammaste külgedel kontaktväsimust, milleks tavalised tööstuslikud ussülekandepaarid ei ole mõeldud. Liivavalatud pronksist rattad (mis sisaldavad valamisprotsessist tulenevat mikropoorsust) tekitavad nendes poorsuse kohtades 2–3 aasta jooksul pinnaalused väsimuspraod. Tsentrifugaalvalatud või sepistatud rattad (poorsusevabad) kestavad sama merendusliku jälgimise all 8–12 aastat.
K: Kas enkoodri tagasiside saab kompenseerida antenni jälgimisel tekkivat ussülekandepaari lõtku?
Jah — täppiskoodri paigaldamine otse antenni teljele (pärast ussülekandepaari), mitte mootori võllile (enne paari). Teljele paigaldatud kooder mõõdab tegelikku antenninurka koos lõtkuga ja servokontroller kompenseerib seda mootori asendi reguleerimisega. See meetod võib vähendada efektiivset suunamisviga 10–20 protsendini mehaanilisest lõtkust, võimaldades 3 kaareminuti pikkuse mehaanilise lõtkuga paaril saavutada alla kaareminuti suuruse efektiivse suunamise. Kompromiss: teljele paigaldatud koodrid maksavad 800–3000 USA dollarit (võrreldes mootori võlli koodrite 50–200 USA dollariga) ja vajavad täppispaigaldust, mis lisab kokkupaneku keerukust. See lähenemisviis on standardne Ka-riba ja LEO jälgimissüsteemide puhul, kus suunamisnõue ületab mis tahes ussülekandepaari poolt saavutatava mehaanilise lõtku.
K: Millist korrosioonikaitset vajavad välisantenni ussülekandepaarid?
Enamik maismaaantenne töötab standardsetes välitingimustes (ISO 12944 C2 kuni C3), kus kuumtsingitud korpus ja standardtihendid tagavad 15+ aasta pikkuse kasutusea. Mereantennid töötavad klassis C5-M (sama mereklassifikatsioon nagu vintsiajamid artiklis A29), mis nõuab 316L roostevabast terasest või merekattega korpust FKM-tihenditega. Rannikualadel asuvatel maismaaantennidel, mis asuvad merest 1 km raadiuses, võivad esineda C4 tingimused, mis nõuavad epoksükattega korpust ja EPDM-tihendeid. Korrosiooninõuded ei sõltu suunamistäpsuse spetsifikatsioonist – C-riba antenn, millel on lõdvestunud lõtk, vajab laevale paigaldamisel siiski C5-M korrosioonikaitset.
K: Milline on antenni positsioneeri ussülekandepaari tüüpiline kasutusiga?
Maapealne geostatsionaarne: 15–25 aastat (sisuliselt nulltsüklit – korrosioon ja tihendite halvenemine on eluiga piiravad tegurid). Maapealne LEO jälgimine: 8–15 aastat (mõõdukas tsükliline arv 500–2000 rada päevas). Merel stabiliseeritud: 5–10 aastat (pidev suure tsükliga väsimus – tsentrifugaalvalatud rattad kestavad 8–12 aastat). Uss ise kestab kõigil juhtudel kogu antenni eluea (karastatud teras, lihvitud viimistlus, väike kontaktpinge). Ratas on kuluv element – planeerige väljavahetamist sama intervalliga kui antenni toiteelektroonika renoveerimist.
Antenni positsioneeri ussülekandepaarid ühendavad masinaehituse ja raadiosagedusliku side vahelise lõhe – ülekandepaari lõtk määrab otseselt antenni suunamistäpsuse, mis omakorda määrab signaali kvaliteedi satelliidilingil. Suunamistäpsuse eelarvetabel seob sagedusriba ja taldriku läbimõõdu maksimaalse lubatud lõtkuga, mis näitab, et Ka-riba ja LEO jälgimine nõuavad eelpingestatud duplekspaare, millel on alla kaareminutilise lõtku, samas kui C-riba fikseeritud punktiga süsteemid taluvad standardseid tööstuspaare 6–10 kaareminuti juures. Merenduses stabiliseeritud antennid lisavad pidevalt tagurpidi liikumisega väsimust 5–15 miljoni tsükli juures aastas – see nõuab tsentrifugaalvalatud rattaid ja eelpingestatud spetsifikatsiooni, mida liivavalatud standardpaarid ei suuda taluda. Antennitootjate jaoks algab ussülekandepaari spetsifikatsioon raadiosageduslingi eelarvest, mitte mehaanilise pöördemomendi arvutamisest.
Antennitootjatele ja satelliitsideettevõtetele arvutab meie inseneribüroo teie raadiosagedusspetsifikatsiooni põhjal suunamiseelarve ja soovitab ussülekandepaari lõtkuklassi. Standardkataloog täppis-ussiülekandekomplektid katab antenni positsioneeri suurused vahemikus 25 kuni 100 mm keskpunkti kauguse standardsete ja eellaaditud dupleksvalikutega. Esitage antenni ajami spetsifikatsioon sagedusriba, taldriku läbimõõdu, jälgimistüübi (fikseeritud/maa-alune/mereline) ja tuule kavandatud kiirusega.
Antenni positsioneeride ussülekandepaaride määramine?
Saatmissagedusala, antenni läbimõõt, jälgimistüüp (geostatsionaarne, LEO, mereline), tuule kiirus ja see, kas antenn asub maismaal või laeval. Arvutame suunamise eelarve ning soovitame lõtkuklassi, eelpingestamise meetodit ja korrosioonikindluse spetsifikatsiooni.
Toimetaja: Cxm
