Для спутникового? — Пожалуйста!

В любительских условиях параболические антенны изготавливают обычно путем выклейки из слоистого пластика. Но вначале для этого надо изготовить матрицу. Оба этапа весьма трудоемкие, да и дорогостоящие. Ведь тут требуется свыше десяти различных остродефицитных материалов (см., например, 4-й номер журнала «Радио» за 1990 г.).

В отличие от этого предлагаемая технология позволяет обойтись без матрицы и ограничиться «ходовым» металлом (алюминий, оцинкованное железо), деревом и эпоксидной смолой. Проверялась она на антенне Ø 0,9 м, изготовленной наподобие зонтика из 18 алюминиевых клиньев (лепестков), 18 профилирующих ребер, с использованием обруча для занятий художественной гимнастикой и двух дисков из листового дюралюминия (Ø 6 см). Такая конструкция успешно прошла все испытания при отработке технологии, а также настройке «головки» (первого преобразователя частоты) и приемника (тюнера) с помощью генератора, имитирующего передатчик спутника.

Ниже описывается изготовление антенны Ø (D) 1,5 м из 24 лепестков, отлично зарекомендовавшей себя при приеме передач «спутникового телевидения». Расчет ее зеркала велся по известному уравнению параболы:

У = х2/4Ф (1),

где Ф — фокусное расстояние. Последнее берут из найденного экспериментальным путем (при отработке спутникового телевидения) оптимального соотношения фокусного расстояния к диаметру антенны, равное 0,375.

Если D=1,5 м и Ф/D=0,375, то Ф = 562,5 мм. Этих данных уже достаточно, чтобы, изменяя значение х от 0 до 750 мм (то есть до радиуса антенны), получить соответствующие величины у. Все это сведено для удобства в таблицу 1.

При вращении параболы, построенной по данным этой таблицы, относительно оси ординат получается параболоид, поверхность которого в точности соответствует зеркалу изготавливаемой антенны. Но как такую поверхность воплотить в металл? А очень просто. Ведь зеркало реальной антенны можно рассматривать как сумму поверхностей некоторого числа клиньев (или лепестков), «сшитых» друг с другом. Если один такой лепесток сделать плоским («разгладить»), получится фигура, напоминающая равнобедренный треугольник. При этом высота «треугольника» будет равна длине параболы. Только вот как найти эту длину?

Автор поступил следующим образом. Построив параболу по данным таблицы 1, через каждые 50 мм восстановил к абсциссе (оси х) перпендикуляры. Последних получилось 15 (750:50=15). Затем по формуле, которая приводится в учебниках по интегральному исчислению, вычислил «базисные» длины (l0) «кусочков» параболы, то есть отрезков, заключенных между соседними перпендикулярами. Полученные данные свел в таблицу 2.

Но изготавливаемая антенна состоит из 24 лепестков. Длина дуги (а она у нас характеризует изменяющуюся ширину лепестка) в общем случае вычисляется по формуле:

l = 2πR/24 = πR/12 = 0,2618R (2)

Конкретные же дуги, то есть отрезки параллелей на поверхности лепестка, при его «разглаживании» превратятся в прямые линии. Расстояния между этими линиями и будут равны «базисным» длинам тех отрезков параболы, которые приведены в таблице 2. Иначе говоря, для построения выкройки надо воспользоваться формулой 2, подставляя в нее переменное значение R:

R1 = l0 (1) = 50,01; R2 = l0(1) + l1(2) = 50,01 + 50,11 = 100,12; R3 = lо(1) + l1(2) + l0(3) = R2+l0(3) = 100,12 + 50,31 = 150,43, и т. д. На основе этих данных составлена таблица 3. Но в ней приведены округленные значения радиусов и отвечающие им длины дуг, уменьшенные в 2 раза. Ведь для построения выкройки лепестка удобнее использовать именно 1/2, а не 1.

Теперь, чтобы сделать выкройку лепестка зеркала антенны любому желающему без каких бы то ни было расчетов, поступают следующим образом. На листе металла размером 810X220 мм проводят взаимно перпендикулярные линии МН и ОХ (рис. 1). Затем на линии ОХ с помощью штангенциркуля (цена деления — 0,05 мм!) откладывают вниз от точки О расстояния, приведенные в верхней строке таблицы 3. Через полученные точки проводят прямые, параллельные линии МН (горизонтали). Влево и вправо от точки пересечения горизонталей с линией ОХ откладывают отрезки, равные 1/2. Их берут из нижней строки таблицы 3.

Все точки, лежащие слева от вертикали ОХ, соединяют плавной линией. Аналогично поступают с точками, находящимися справа от прямой ОХ. На этом построение выкройки заканчивается.

Профилирующие ребра, придающие лепестку соответствующий изгиб и позволяющие сохранить его, изготавливают с помощью двух одинаковых шаблонов. Назовем их вспомогательными. Каждый такой шаблон делают из 3-мм стального листа размером 730X340 мм, закрепленного на чертежной доске шурупами с потайной головкой. Отверстия под шурупы, естественно, зенкуют.

Затем идет разметка. Ось абсцисс проводят на расстоянии 80 мм от нижнего края листа, ось ординат — на расстоянии 20 мм от его левого края. В начале координат ставят не ноль, а цифру 50. После чего с помощью штангенциркуля, рейсшины, кернера и чертилки на этой поверхности стального листа строят параболу, используя несколько измененную таблицу 1.

Поясним, почему и как ее надо изменить.

Чтобы рабочая (вогнутая) поверхность лепестка совпадала с параболой, построенной по данным таблицы 1, надо ординаты всех точек уменьшить на величину, равную толщине металла, из которого будет изготавливаться лепесток. Если для изготовления лепестков используют, в частности, металл толщиной 1 мм, измененная таблица 1 примет вид таблицы 4. Значения «у» в ней округлены, так как штангенциркуль не позволяет брать отсчеты с точностью, превышающей 0,05 мм.

Построив параболу (кривая АБ на рис. 2), из точек А и Б опускают перпендикуляры длиной 80 мм. Полученные точки (В и Г) соединяют прямой.

Фигуру АБВГ выпиливают ножовкой (или высверливают) с некоторым запасом, а затем доводят до нужных размеров с помощью напильника.

Изготовив два шаблона, складывают их вместе и просверливают 5 отверстий диаметром 4 мм: первое и последнее на расстоянии 50 мм от края, а три других — на расстоянии 164 мм друг от друга. Отверстия должны лежать на кривой, которая делит шаблон приблизительно пополам.

Примечание. Первое число в верхней строке означает абсциссу предыдущего перпендикуляра, а второе — абсциссу последующего. Так, первый отрезок параболы заключен между осью ординат (х=0) и первым перпендикуляром (х=50), второй отрезок лежит между первым (х=50) и вторым (х=100) перпендикулярами, третий-между вторым (х=100) и третьим (х=150) перпендикулярами и так далее.

Оба шаблона должны быть сделаны очень тщательно. Это относится в первую очередь к их криволинейным участкам АБ.

Для изготовления профилирующего ребра вспомогательный шаблон привинчивают к деревянному (осина, липа) бруску толщиной 12…15 мм и обводят по диаметру карандашом. Затем опиливают брусок ножовкой, стараясь сохранить между линией реза и кривой АБ зазор в 2…3 мм. После этого заготовку ребра зажимают между двумя шаблонами с помощью пяти винтов (именно для этого и были просверлены 5 отверстий) и хорошо заточенным ножом удаляют «лишнее» дерево.

Важно, чтобы в заготовке не было сучков. Особенно там, где ножом формируют криволинейную поверхность. И еще: для предупреждения сколов надо обработать брусок от краев к середине. А в целях экономии эпоксидной смолы, которая впоследствии будет защищать от влаги каждое ребро, уширенные части заготовки опиливают по штриховым линиям ДЕ и ЖК (см. рис. 2).

Сделав один лепесток по выкройке, показанной на рис. 1, его тоже используют далее в качестве шаблона. Но основного, по которому изготавливаются все остальные. Причем лепестки можно вырезать ножницами или выпиливать ножовкой (если металлический лист толще 1 мм). А до нужной формы их уже доводят с помощью напильника.

В каждом лепестке сверлят по 12 отверстий диаметром 3 мм. Все отверстия, кроме ближайшего к вершине лепестка, зенкуют. Лепестки нумеруют. И ко всем с тыльной (нерабочей) стороны приклепывают справа по 2 ушка размером 50X30 мм (см. рис. 1).

Если используют оцинкованное железо, ушки не делают, так как для соединения соседних лепестков друг с другом можно уже воспользоваться пайкой.

К вогнутой поверхности ребра лепесток привинчивают шурупами с потайной головкой. При этом добиваются, чтобы торец ребра, совпадающий с линией АГ (см. рис. 2), непременно располагался на расстоянии 50 мм от вершины лепестка. Ну а не окажется под руками шурупов — не беда. Лепестки в этом случае прибивают к ребрам мелкими гвоздиками. Но так, чтобы не наделать вмятин.

Собирают антенну в следующем порядке. Вершины лепестков поочередно зажимают между двумя дюралюминиевыми дисками (рис. 3). Приступают к крепежу, учитывая, что в верхнем диске отверстия гладкие, а в отверстиях нижнего нарезана резьба М3. Поэтому болты пропускают сначала через гладкое отверстие, затем через отверстие, находящееся в 40 мм от вершины лепестка, и лишь потом ввинчивают в нижний диск.

Когда это будет сделано, в ушках сверлят отверстия, совпадающие с «дырочками» у левого «бедра» каждого лепестка. В эти отверстия вставляют болтики, на которые с тыльной стороны антенны навинчивают гайки.

Ушки, таким образом, ориентируют соседние лепестки относительно друг друга и связывают их между собой. Если же лепестки изготовлены из оцинкованного железа, то стыки соседних лепестков закрывают с тыльной стороны накладками из того же материала и пропаивают большим, хорошо нагретым паяльником.

Полученный «зонтик» кладут на обруч, который удерживает в горизонтальном положении рычаги опорно-поворотного устройства (ОПУ). «Зонтик» этот центрируется относительно обруча с помощью ввернутой в платформу ОПУ вертикальной шпильки. На последнюю заранее навинчивается большая гайка. Так что шпильку пропускают через центральное отверстие диска и навинчивают еще одну гайку. В итоге уложенная на обруч антенна оказывается «насаженной» на шпильку и зажатой между двумя гайками.

Закончив операцию центрирования, обруч прикрепляют ко всем ребрам с помощью хомутов. Затем собранную антенну вместе с рычагами, удерживающими обруч, отделяют от ОПУ, кладут полюсом кверху и покрывают ребра слоем эпоксидной смолы.

Антенна, по сути, готова. Но если кому-то из «привередливых» она по каким-то причинам покажется недостаточно хорошей, параметры самодеятельной конструкции можно… заметно улучшить.

В полюсе антенны просверливают отверстие Ø 20—30 мм. На ОПУ закрепляют опорный подшипник. Другой такой же подшипник ставят вместо головки. Антенну располагают строго горизонтально. Один конец вала (Ø 20— 25 мм) вставляют в нижний подшипник, а другой — в верхний. К валу двумя болтами прикрепляют флаг-шаблон (нож, выпуклое лезвие которого имеет форму параболы, построенной по данным таблицы 1). Причем делают его из стали или 3-мм дюралюминия. Крепят этот нож-шаблон относительно вертикальной оси вала так, чтобы траектория его движения оставалась постоянной, независимой от числа оборотов.

Затем на вогнутую поверхность антенны наносят слой шпаклевки (вроде той, которой заделывают вмятины на кузове автомобиля) толщиной 2—3 мм и начинают вращать вал с флаг-шаблоном. Ну а когда шаблон удалит излишки шпаклевки, его отвинчивают и убирают.

После засыхания шпаклевки внутреннюю поверхность антенны оклеивают алюминиевой фольгой, используя клей БФ-2. Причем лепестки из фольги можно делать по выкройке, изображенной на рис. 1, с 10—20 мм припуском (чтобы они несколько перекрывали друг друга).

В заключение следует отметить, что самой, пожалуй, трудоемкой операцией является изготовление профилирующих ребер. Но ведь их можно не только вырезать, но и отливать, прессовать и штамповать, если заменить дерево полиэтиленом, капроном, винипластом, карболитом, легкими сплавами… Нужно лишь помнить, что главное требование к материалу здесь — стойкость по отношению к атмосферным осадкам, нагреванию летом и охлаждению зимой. Кроме того, для вырезания ребер можно использовать не нож, а лазерный станок с ЧПУ (для раскроя листовых материалов), заложив в программу координаты точек, характеризующих профиль ребра. Вполне подойдет, видимо, лазер и для изготовления вспомогательных шаблонов, а также самих лепестков.

И еще. Для изготовления элементов сборной антенны не нужно дорогостоящего оборудования. Выигрышно и то, что лепестки, ребра, диски, крепеж и опорноповоротные устройства можно делать из промышленных отходов.

Взятые по отдельности лепестки и ребра легко поддаются упаковке в тару и транспортировке. Что же касается сборки антенны из готовых элементов, то даже в домашних условиях это весьма простая техническая операция, выполнить которую сможет практически любой. Дерзайте!

Ю. ТКАЧЕВ, г. Бирск