Οι κατηγορίες των δορυφορικών κατόπτρων

Ο ανακλαστήρας μιας δορυφορικής κεραίας πρέπει να είναι κατασκευασμένος από μέταλλο, έτσι ώστε να ανακλά τα εισερχόμενα σήματα μικροκυμάτων. Μερικοί ανακλαστήρες πάντως, είναι κατασκευασμένοι από πλαστικό ή Fiberglass, αλλά και αυτοί έχουν στο εσωτερικό τους μεταλλικό φύλλο για να μπορούν να ανακλούν τα σήματα. Το υλικό κατασκευής του κατόπτρου, είναι σίγουρα ένας παράγοντας που πρέπει να προβληματίσει πολύ τον κάθε φίλο της δορυφορικής. Τα σιδερένια, αποτελούν την πιο οικονομική, αλλά και πιο προβληματική κατηγορία. Παρουσιάζουν χαμηλή απόδοση, είναι δύσκολα στην εγκατάσταση εξαιτίας του βάρους τους και διαβρώνονται μετά από πολύχρονη χρήση. Τα αλουμινίου, είναι σίγουρα η πιο καλή κατηγορία σε σχέση απόδοσης-τιμής, ενώ τα carbonate (επανθρακωμένα) είναι λίγο πιο ακριβά, αλλά παρουσιάζουν λιγότερα προβλήματα διάβρωσης σε σχέση με το χρόνο. Σίγουρα τα καλύτερα, αλλά και ακριβότερα όλων, είναι τα fiber, τα οποία παρουσιάζουν υψηλή απόδοση, χάρη στην υψηλή ανακλαστικότητα που επιδεικνύει η εσωτερική επιφάνειά τους.

Η ταξινόμηση ενός κατόπτρου με βάση την εστίαση, είναι ο βασικός τρόπος κατηγοριοποίησης όλων των ανακλαστικών επιφανειών, που συμμετέχουν στη δορυφορική λήψη. Με βάση λοιπόν τον τρόπο εστίασης, τα κάτοπτρα ταξινομούνται σε:

α) Prime Focus

Η βασική αρχή της παραβολικής καμπύλης, μπορεί να συμπεριληφθεί στα διαφορετικά σχέδια κεραιών, με πολλούς τρόπους. Κάτοπτρα με σημείο εστίασης ακριβώς στο κέντρο, εμπρός από τον ανακλαστήρα, ονομάζονται κάτοπτρα Prime Focus (κύριας εστίασης). Τα κάτοπτρα Prime Focus, αν και είναι εύκολα σε κατασκευή και εγκατάσταση, εμπεριέχουν δύο βασικά μειονεκτήματα. Ο κυματοδηγός (feedhorn) και το σύστημα στήριξής του, «σκιάζουν» μέρος της ανακλαστικής επιφάνειας και επιπρόσθετα, η γωνία τοποθέτησης του συστήματος είναι τέτοια, που λαμβάνει και εκπεμπόμενο ή ανακλώμενο θόρυβο από το έδαφος.

Το κυρίαρχο κάτοπτρο σήμερα στη δορυφορική λήψη, είναι το κάτοπτρο offset. Η κατασκευή του, στηρίζεται στη χρήση ενός μικρότερου μέρους της ίδιας παραβολικής καμπύλης, με τα  Prime Focus, αλλά η διαφοροποίηση είναι ότι τα offset έχουν ένα μεγάλο άξονα στη διεύθυνση Βορρά/ Νότου και ένα μικρότερο στη διεύθυνση Ανατολής/ Δύσης. Με το σχεδιασμό αυτό, ο κυματοδηγός δεν τοποθετείται πλέον στο κέντρο, εμπρός από τον ανακλαστήρα, αλλά στο κάτω μέρος του κατόπτρου. Στην πραγματικότητα, το σύστημα feedhorn-στήριξης, βρίσκεται πάλι στο κέντρο, αν επεκτείνουμε νοητά το κάτοπτρο σε όλο το μέγεθος της παραβολικής καμπύλης. To κέρδος στο σχεδιασμό offset, είναι αφενός, ότι το σύστημα στήριξης του κυματοδηγού δεν «σκιάζει» το κάτοπτρο και αφετέρου ότι το LNB είναι περισσότερο στραμμένο προς τον «κρύο» ουρανό, παρά προς τη «ζεστή» γη, με αποτέλεσμα να λιγοστεύει κατά πολύ ο παρασιτικός θόρυβος (οι έννοιες «κρύος ουρανός», «ζεστή γη» υποδηλώνουν την ενεργή δράση τους σε επανεκπεμπόμενη λόγω albedo, ακτινοβολία θορύβου). Λόγω των δύο αυτών πλεονεκτημάτων, το offset κάτοπτρο μπορεί να πετύχει μεγαλύτερα επίπεδα επάρκειας από τα Prime Focus. Οι μικρές γωνίες κλίσεις που χρειάζεται το offset κάτοπτρο, σε σχέση με το Prime Focus, αποδεικνύονται μεγάλο πλεονέκτημα σε συγκεκριμένες καιρικές συνθήκες.

γ) Κάτοπτρα Cassegrain

Τα κάτοπτρα αυτού του τύπου βασίζονται στη θεωρία της διπλής ανάκλασης. Η κλασική θεωρία της διπλής ανάκλασης, παρουσιάστηκε από τον N. Cassegrain και χρησιμοποιεί ένα υπο-ανακλαστήρα σχήματος υπερβολής, που συγκεντρώνει την πρωταρχική εστίαση από το βασικό παραβολικό ανακλαστήρα (κάτοπτρο). Όπως και στα Prime Focus κάτοπτρα, το μειονέκτημα των Cassegrain είναι η «σκίαση» τμήματος της ανακλαστικής επιφάνειας, στην προκειμένη περίπτωση από τον υπο-ανακλαστήρα. Όσο βέβαια μεγαλώνει η διάμετρος του κατόπτρου, το ποσοστό «σκίασης» μειώνεται και σε πολύ μεγάλα κάτοπτρα θεωρείται αμελητέο. Η κατεύθυνση του LNB στα κάτοπτρα Cassegrain, θυμίζει περισσότερο την offset λογική κι έτσι το κάτοπτρο δεν επηρεάζεται σημαντικά από επανεκπεμπόμενη λόγω albedo ακτινοβολία θορύβου. Εκείνο που είναι ιδιαίτερα σημαντικό στα κάτοπτρα Cassegrain, είναι η ακρίβεια στην κατασκευή τους, αφού η διπλή ανάκλαση προϋποθέτει και σωστή θέση του υπο-ανακλαστήρα (στην πρωτογενή κυρία εστία), αλλά και του LNB (στη δευτερογενή εστίαση). Το γεγονός αυτό, αυξάνει αφενός το κόστος κατασκευής, αλλά και δημιουργεί μια πρόσθετη δυσκολία στην εγκατάσταση.

Βασίζονται και αυτά στη θεωρία διπλής ανάκλασης και θα μπορούσαν να θεωρηθούν υπο-κατηγορία των κατόπτρων Cassegrain.  Η διαφορά είναι ότι ο Γρηγοριανός (Gregorian) ανακλαστήρας, χρησιμοποιεί ελλειψοειδή υπο-ανακλαστήρα και σχεδιασμό πρωτογενούς ανάκλασης, τύπου offset.

Μια ακόμη παραλλαγή διπλής ανάκλασης, είναι η κεραία Toroidal Η κεραία διπλής ανάκλασης Toroidal μοιάζει με το Γρηγοριανό ανακλαστήρα σαν σχήμα, οι βασικές όμως εξισώσεις διαφέρουν. Βασική διαφορά επίσης είναι ότι δεν υπάρχει παραβολική επιφάνεια. Το σύστημα έχει κυρτό-κοίλο υπο-ανακλαστήρα. Ο υπο-ανακλαστήρας είναι κυρτός στη μία του επιφάνεια και κοίλος στις ορθογώνιες επιφάνειες. Το πραγματικό σχήμα του, καθορίζεται με βάση μαθηματικές εξισώσεις, οι οποίες σαν στόχο έχουν να δημιουργήσουν μία επιφάνεια , που θα εστιάζει μέγιστη, αλλά και ισόποση κατανομή σήματος σε πολλαπλά σημεία.
ε) Σφαιρικά κάτοπτρα

Τα σφαιρικά κάτοπτρα είναι σχεδιασμένα για να δημιουργούν πολλαπλά σημεία εστίασης στο εμπρόσθιο κεντρικό σημείο της ανακλαστικής επιφάνειας, για λήψη διαφορετικών δορυφόρων. Η καμπύλη της ανακλαστικής επιφάνειας είναι με τέτοιο τρόπο σχεδιασμένη, που αν επεκταθεί νοητά και προς στους δύο άξονες, θα δημιουργήσει μια σφαίρα. Οι σφαιρικές κεραίες χρησιμοποιούνται κυρίως για λήψη πολλαπλών δορυφόρων, οι οποίοι απέχουν έως ±20^ο από τον κύριο άξονα του κατόπτρου.

στ) Επίπεδα Planar Arrays

Μια εναλλακτική λύση κεραίας, είναι η Planar Array, η οποία είναι ιδιαίτερα διαδεδομένη στην Κεντρική Ευρώπη. Αυτές οι επίπεδες κεραίες δεν στηρίζονται στις βασικές αρχές, που χρησιμοποιούν όλα τα παραβολικά κάτοπτρα. Αντ’ αυτού, ένα πλέγμα από μικροσκοπικά στοιχεία, είναι εμφυτευμένο στην εσωτερική επιφάνεια της κεραίας. Αυτά τα στοιχεία έχουν σχήμα και μέγεθος τέτοιο, που συντονίζονται με την εισερχόμενη μικροκυματική ακτινοβολία. Ένας ιστός από γραμμές-κυματοδηγούς χρησιμοποιείται για να συνδέσει τις ταλαντώσεις όλων των στοιχείων με τέτοιο τρόπο, ώστε όλες να βρίσκονται σε φάση και εν συνεχεία οδηγούνται στο κέντρο του Array (στην προκειμένη περίπτωση ιστού), ο οποίος είναι απευθείας συνδεδεμένος με το LNB. Τα Planar Arrays έχουν δύο βασικά πλεονεκτήματα. Αφενός δεν χρειάζονται feedhorn και αφετέρου δεν «σκιάζονται» από το σύστημα στήριξης του LNB, το οποίο βρίσκεται «αθέατο» στο πίσω μέρος της κεραίας. Το βασικό μειονέκτημα των Planar Arrays κατόπτρων, είναι το περιορισμένο bandwidth (εύρος συχνοτήτων), που δεν υπερβαίνει τα 500MΗz, πράγμα που τα καθιστά κατάλληλα μόνο για συγκεκριμένες εφαρμογές. Οι παραβολικές κεραίες, σε αντίθεση, έχουν εξαιρετικά μεγάλο bandwidth, πράγμα που τους επιτρέπει λήψη από S, C και Ku μπάντα. Ένα άλλο μειονέκτημα των Planar Arrays κατόπτρων, είναι το μεγάλο κόστος κατασκευής, που ξεπερνάει έως και τέσσερις φορές το κόστος κατασκευής ενός παραβολικού κατόπτρου, μαζί με το feedhorn.

Σε αυτό το σημείο, πρέπει να τονίσουμε ότι επίπεδη κεραία κατασκευάζεται και στη χώρα μας, από την εταιρία Attisat. H FL 500 είναι ένα μοντέλο που καλύπτει πλήρως την μπάντα Κu και διακρίνεται για την εξαιρετική αισθητική της (κυκλοφορεί σε διάφορα χρώματα), κάτι που την έχει καθιερώσει ως ένα από τα καλύτερα μοντέλα, στην αγορά του εξωτερικού.