TarSat STE 260/300

Краткий гайд по созданию

Автор конструкции и концепции: Robin Couton [Bolo, Беркут]

3D-моделирование: sir.Don Falcone & Robin Couton

Оформление: Robin Couton [Bolo, Беркут]

Антенна разработана для полевых нужд связи клана Na,vi

Ссылка на полную инструкцию: TarSat STE_instruction.pdf

Обзор конструкции

Антенна спутниковой связи семейства TarSat (Taronio Satellite - "сутниковый наездник" в переводе с Na'vi и английского) предназначена для применения в сети спутниковой ретрансляции диапазона 240-315Мгц, особенностью которой является её небольшой вес (250-300гр максимум), небольшой габарит в сложенном состоянии, Индекс STE говорит о том, что это тип "походных" антенн, т.е. предназначенных для использования а аутдоре, походах, в автономках и т.д. Её "фишка" - быстрота подготовки с работе, с обеспечением гарантированного канала связи на расстоянии до пределов видимости земной поверхности с геостационарного спутника на высоте 37800км, т.е., практически, с одной стороны планеты на другую. Без пробелов и мёртвых зон, за исключением полярных районов (около непосредственно полюсов, оттуда нет видимости на спутники).

Схема антенны - это классическая кросс-яги с правым фазовым сдвигом и широкополосным исполнением вибраторов. Электрическая схема и параметры согласующих элементов широко известны в кругах любителей связи на основе спутниковой ретрансляции геостационарных спутниковых группировок.

Данная антенна - это механическое решение для кустарного производства этой достаточно сложной задачи, требующей от изготовителя (имеется ввиду не промышленного, а любительского) достаточно большого внимания, терпения и аккуратности, а так же времени. Разумеется, если бы что-то такое изготавливали промышленным способом, то результат был бы и проще, и дешевле, и скорее всего надёжней.

Основное назначение антенн TarSat STE - это применение в походных условиях, экстремальных в том числе, когда экипировка и её вес-габарит имеет существенно значение, а другие имеющиеся средства связи или неспособны предавать и принимать сигнал "с большой земли", или условия не позволяют это делать (например КВ связь работает в зависимости и от погоды, и от времени суток, а так же требует значительного пространства антеннам для проведения дальних связей).

Различие TarSat STE-260 и TarSat STE-300 состоит в использовании разных материалов и некоторых концепций настройки. Для TarSat STE-260 характерны более узкие и плоские вибраторы, рабчий резонанс более смещён к 253-256мГц, у неё плоская голова и сес несколько меньший, чем у TarSat STE-300. Она бывеет более эффективна на приём.

TarSat STE-300 имеет широкие изогнутые вибраторы, он более широкодиапазонен, но резонас эффективен на передающих частотах (290-310мГц), конструкция оголовья может позволять наращивать дополнительные элементы (директора на съёмном буме).

Данная антенна не является поделкой или попыткой скопировать военный образец схожего назначения Trivec Avant войск NATO, хотя внешнее сходство всё же есть. Это сходство технически не более чем сходство самодельного "бэт-мобиля" и серийного бронеавтомобиля. То же 4 колеса, тоже есть руль и на бензине ездит, однако в одном случае мы имеем, условно промышленную сборку на основе проверенных и штампованных технологий, а в другом - долгую и кропотливую работу умельцев из подручных материалов. И соответственно она не может достичь таких же АЧХ и распределения КСВ, как упомянутый Trivec Avant, и в целом уступает ему по эффективности. Но выигрывает в весе и скорости подготовки к работе, и как показала практика вполне может обеспечить связь даже с передатчиками малой мощности (4вт).

Как используется антенна (в смысле складвания-раскладывания - подготовки к работе) можно посмотреть на видео. Вибраторы подружинены фиксирующими кнопками, которые надо вжать в корпус при складывании, а потом используюя вибратор как рычаг вдавить полностью. Рефлектор имеет зонтичный шарнирный механизм, с внешним контуром из гибкого провода, складывается как зонтик, только "вверх".Поверх его уже вибраторы.

А вот сборка-разборка опоры, шиатива, зависит от версии этого самого штатива. Их три:

1 - простой хомут, который монтируется штатно на любой фотоштатив, поскольку имеет специальную резьбу в основании.

2 - это вариант (он представлен на видео) с "родным" разборным штативом, который разбирается путём вдёргивания и складывания "ног". Основа-хомут, куда вставляются "ноги" так же имеет фото-резьбу для штатива, чтобы использовать фотоштативы при необходимости.

3 - это интегрированный складной штатив, который при работе сборке и складывании на требует разбора себя на отдельные части, и если специально его не снимать - остаётся единой конструкцией с антенной.

У каждого варианта есть свои достоинства и недостаки, о них подробнее в инструкции по изготовлению.

Питание антенны осуществляется через стандартый разъём SO239 F (PL), но каждый сам может решить какой ВЧ-разъём ему удобнее будет испотльзовать.

ТТХ TarSat STE 260/300

Основные параметры:

Импеданс антенны:

50 Ω

Диапазон темперарур:

-30°C ~ + 60°C(-22°F ~ +140°F)

Диапазон рабочих частот:

240-265мГц (RX), 290-315мГц (TX)

Апертура излучения (ширина ДН основного лепестка):

70°, эффективно - 30°

Усиление

- зависит от пряморукости изготовления smile

но не хуже классической антенны 2-х элементной яги.

Вес (без кабеля):

aprox - 300гр;

Габарит в транспортном (сложенном) состоянии:

90х80х420мм.

Габарит в рабочем (разложенном) состоянии:

600х595х420мм. (без учёта штатива)

Время необходимое для подготовки к работе (раскладывание и подключение):

от 20сек.

Время необходимое для сворачивания (складывание):

от 40сек.

Максимальная мощность передачи (зависит от хар-ки ВЧ-кабелей):

60Вт.

Из чего сделана TarSat STE

Инструменты для изготовления

Для изготовления узла складывания рефлектора лучше всего использовать фрезерный станок, однако можно обойтись без него, но тогда потребуются иные материалы.

Мини-дрель (бормашинка, дремель) с набором насадок-фрез;

Надфили треугольного и прямоугольного профиля;

Кусачки, бокорезы;

Нож, ножницы;

Фен для обработки термоусадки;

Паяльник 25-25Вт;

Метчик М2,5;

Плашка с воротком М4

3D-принтер (можно заказывать детали по чертежам, нужны *.stl-файлы, ссылки на них в полной инструкции)

Расходники

Расходные материалы

где взять

•Припой и флюс для пайки

радиорынок

•Ортофосфорная кислота (флюс для пайки стали и сплавов)

Радиорынок

•Термоусадка 3, 5-6, 8, 12-15мм

М-н стрйматериалов, радиорынок

•Труба полипропиленовая армированная ?25Х450мм (бум)

М-н стрйматериалов

•Порожки алюминеевые, строительные, 41мм ширина, 4шт. по 280мм. (вибраторы)

М-н стрйматериалов, радиорынок

•Труба алюминиевая 8мм (для встроенного штатива)

М-н стрйматериалов

•Труба алюминиевая 6мм (для встроенного штатива)

М-н стрйматериалов

•Прут 4х80мм стальной

М-н стрйматериалов

•Капрон, нейлон и пластик в нитях для 3D-принтера

Aliexpress.com, радиорынок

•Защитная чашка замочной личинки (если нет возможности фрезеровать узел складывания рефлетора)

М-н стрйматериалов

•Провод многожильный гибкий сечением 0,4-0,75 в изоляции, 2м, (для рефлектора)

М-н стрйматериалов, радиорынок

•Алюминиевый прокат лист 4мм* 100х200мм (для узла складывания)

М-н стрйматериалов

•Алюминиевый прут или профиль-квадрат ?10мм или 5х5мм (для узла складывания)

М-н стрйматериалов

•Кабель ВЧ сопротивлением 50Ω (например RG-58, для фазоврящателя)

радиорынок

•Кабель ВЧ сопротивлением 75Ω (не более 5мм толщиной, для тр-ра согласования)

радиорынок

•ВЧ-разъём, например SO239 (M)

радиорынок

•Рулеточное полотно, или плоская пружина 0,3-04мм толщиной (соединение с вибраторами)

М-н стрйматериалов

•Штативная резьба-вставка

Покупается на Aliexpress.com

•Лучи рефлектора, спицы M3

Покупается на Aliexpress.com

•Пружины 1.2x6x25mm(жёсткие)

Покупается на Aliexpress.com

•Пружины 0.8x6x25mm(мягкие)

Покупается на Aliexpress.com

•Винты М4x35

Покупается на Aliexpress.com

•Винты М4x40

Покупается на Aliexpress.com

•Гайки M4

Покупается на Aliexpress.com

•Гайки М3

Покупается на Aliexpress.com

•Винты M2,5

Покупается на Aliexpress.com

•Винты M2,5

Покупается на Aliexpress.com

Схемы

Технический эскиз, размеры

Расположение элементов

Версии крепления (штатива)


V1 Версия 1 Простое штативное крепление	V2 Версия 2 Разборно-съёмный штатив	V3 Версия 2 Интегрированный штатив

Как собрать

Начать можно с 2-х вещей сразу: заказа 3D-печати деталей и изготовления начинки бума - ВЧ-трансформатора и фазовращателя, как указано на схеме.

Файлы для 3D-печати:

Детали "головы": Head TarSat_STL.rar

Детали "рефлектора", под 3D-печать: Reflector part.rar

Чертежи узла складывания рефлектора под фрезеровку: Host reflector metall.rar

Начинку, она должна получится примерно как на этом фото:

Сердце Tarsat-а: фазовращатель с трансформатором

Tarsat STE: фазовращатель с трансформатором

Вставляем в бум - полипропиленовую (армированную стекловолокном для прочности) трубу диаметром 25мм, определяем какой длинный кусок трубы для этого минимально подходит (это будет примерно 45см), отрезаете его, и припаиваете к "начинке" разъём SO239 (или какой нужно), "Начинку" - в трубу-бум, разъём закрепить с одного из торцов.

Далее занимаемся узлом складывания рефлектора. Упор и Гайка пока печатаются, но их можно заменить, если нет другой возможности, на фитинги от полипропиленовых труб, так как на фото ниже:

Самое главное, это шарнирный узел складывания. Можно выточить детали по чертежам по ссылке выше, а можно сделать так из защитной крышки для замков, из нержи 1,5мм толщиной.

Тут много работы бормашикой-дремелем и натфилями. Спицами служат тяговые оси (в списке расходников они "Лучи рефлектора, спицы M3").

Должно получится так (вытачиваем детали узла):

Или так (колхозим защиную замковую крышку):

После этого обрезаем спицы в размер по схеме рефлектора, припаиваем к концам провод контура, изолируем-герметизируем места пайки.

Далее вытачиваем из строительных порожков вибраторы по размерам на техническом эскизе. Используется опять бормашинка-дремель и напилинг. На чертеже вибраторов есть отверстие с резьбой М2,5. Туда винтом соответствующим прижимается кусок рулеточного полотна (примерно 5х15мм) к которому будет припаиваться вывод фазовращателя. Снизу винт М2,5 нужно будет срезать заподлицо, что бы не мешал прижимной кнопке фиксации.

Тут уже нужны детали головы антенны распечатанные 3D-принтером из капрона, каролона, или другого пластика устойчивого к действию УФ-лучей и достаточно прочному. Кнопки и подшипники скольжения лучше делать из нейлона.

Пружины вставляем в кнопки, и располагаем внутри основания головы так как на рисунке расположения элементов, одеваем на бум-трубу, приклеиваем, её, припаиваем выводы фазовращателя, в итоге должно получится так, как на фото:

Закрываем крышкой, и проверяем всё ли нормально складывается и не отваливается (бывает, что неправильно подобрана форма кусков рулеточного полотна, соединяющего фазовращатель с вибратором, и их приходится делать заново, если форма выбрана удачно, больше ломаться не должно), подгоняем, если что не так, закручиваем на винты крышку головы.

Затем берём упор рефлектора, и закрепляем на буме так, что бы рефлектор попал в нужный размер-расстояние от раскрытых вибраторов.

Одеваем сам рефлектор, проверяем как его зажимает гайка в разложенном состоянии, и что бы в сложенном всё совпало, и спицы ровно входили в парковочные пазы на упоре и основании головы, вот так:

Антенна, по сути, готова. Осталось сделать её крепление на штатив, в зависимости от выбранного варианта.

В первом варианте ничего, кроме как закрепить хомут (предварительно вкрутив с клеем в него переходник под фоторезьбу) на конце бума около разъёма так, чтобы не мешал складыванию антенны (заднее положение гайки рефлектора), не требуется. Просто берём и винтим антенну на штатив от фото-видео, и всё.

Во втором варианте всё тоже самое, но ещё можно вставлять-вынимать собственный штатив, из трубок 8мм. Там тоже надо распечатывать детали 3D-принтером. Получится должно так:

Ссылки на STL-файлы второго варианта штатива в "полной инструкции". Разобраться, как он собирается несложно и без пояснений. Этот вариант так же можно крепить на фото-видео штатив, отсоеденив ноги собственного трипода.

В третьем варианте нужно не только распечатать больше деталей на 3D-принтере, но ещё использовать кроме 8мм трубки, 10мм-вую. И потребуются пружины, что бы работал механизм складывания ног интегрированного штатива. Выглядит он так:

узлы штатива для портативных TarSat-антенн

А так выглядит в сложенном виде антенна с таким вариантом, и разложенном в рабочее положение:

Ссылки на STL-файлы третьего варианта тоже штатива в "полной инструкции". Там же описано, как он собирается (ничего сложного).

Дополнительно

В версии STE-300, как писалось выше, есть возможность установки дополнительного бума с 5-ю элементами-директорами кросс-яги. Это дополнение называется "Походная Ёлка", разбирается на 2 части с помощю быстроразъёмных соединений, и складывает элементы вдоль бума для транспортировки. В итоге это может немного увеличить объём чехла-подсумка с комплектом антенны, но позволит работать с малой мощностью и экономить батареи питания, однако, потребует более точного прицеливания в спутники.

В прицепе, размеры этой Ёлки" абсолютно идентичны американскому аналогу, хотя в весе явно выигрывают. Подробнее про изготовление "Ёлки", файлы-схемы чертежи - отдельным материалом.

Видеоматериалы

Инструкция по раскладыванию-складыванию антенны:
Объяснение наглядное, зачем нужно усиление "Ёлка":