Jak zvedat antény v elevaci, nebo elevační rotátor za pár korun

Autorem tohoto velmi zdařilého projektu je Mak, SV1BSX (https://www.qsl.net/sv1bsx/).

O aktuátorů

Za tímto ne moc obvyklým slovem se ukrývá zařízení, které snad každý už viděl. Používá se na natáčení SAT TV parabol. Je to ruka (v angličtině se zvykne označovat i arm - ruka), čili levné, ale pevné a silné zařízení předurčené k ovládání anténních systémů. V následujících řádcích vnikneme do tajemství aktuátorů.

Na trhu jsou aktuátory vytlačovány modernějšími systémy Diseq dodávanými ke digitálním přijímačem. Ve výprodejích tak lze koupit za levný peníz (cca. 1000,-Sk) solidní aktuátor. Napájecí napětí se různí, pro nás jsou nejvhodnější aktuátory s napájecím napětím 12V, alternativně i 18V (motor bude mít menší otáčky, slabší záběr na 13,8V). Důležitým parametrem je zdvih aktuátoru udáván v palcích. Je to maximální délka vysunutí ramene. Běžně prodávané aktuátory jsou od osmi do třiceti šesti palců (20 - 92 cm). Na obrázku č.2 je nakreslen 12-palcový rotátor i s rozměry, na obrázku č.3 funkce.

 

Jak to pracuje?

Jak již bylo zmíněno, aktuátor se skládá z motoru na stejnosměrný proud, převodů a šroubovice, která přeměňuje kruhový pohyb na přímočarý. Takže, když na aktuátor přivedete napětí, rameno se začne vysouvat a po změně polarity zasouvat.

Motory potřebují napětí v rozmezí 12 až 36V. Já jsem použil 36V model. Při vyšším napětí je tak proud mnohem menší (detaily v části napájení). Motor se však točí i při 12V, ale mnohem pomaleji. Je to vhodné na drobné korekce, zvláště při satelitech na vyšší oběžné dráze a užších vyzařovacích úhlech antén. V praxi se mi osvědčilo napětí mezi 12 až 24V, při 36V je rychlost již příliš velká.

napájení

Jak již bylo zmíněno, nominální napětí aktuátorů se pohybuje od 12 do 36V. Pokud máte aktuátor na 12V, můžete využít i zdroj 13,8V, z něhož napájíte transceiver.

ve chvíli, když se aktuátor rozbíhá je proudová špička dost vysoká. Rozběhový proud je někdy až 5 až 10krát vyšší než nominální! Zamezení těchto špiček je jednoduché - zařazením žárovky do napájecího přívodu. Vytvoří se tak nejjednodušší obvod “jemný začátek”. Hodí se na to autožárovky nad 5W. Vhodnou je třeba vybrat zkusmo podle následujícího postupu: jako první zapojte 5W žárovku a zapněte napájení. Pokud žárovka i po rozběhu nadále svítí, budete potřebovat silnější. ideální je, když při startu žárovka blikne a potom nesvítí, nebo jen sklízí. K dvanáctivoltová aktuátory jsou vhodné žárovky na 6 až 12V, k dvadsaťštyrivoltovému 12 až 24V.

S1 je dvojitý ON-OFF-ON přepínač. Ve střední poloze je v poloze OFF - vypnut. Krajní kontakty jsou využity jako UP (nahoru) DOLŮ (dole). Přepnutím S1 do polohy UP se na motor přivádí napětí jedné polarity, v poloze DOWN opačné. Tak se rameno aktuátoru buď vysouvá nebo zasouvá.

Na obrázku č.6 je rozšířené ovládání rotátoru umožňující manuální i dálkové ovládání. Tlačítky B1 a B2 ovládáme aktuátor manuálně. Dálkové ovládání se realizuje uzemněním bodu A nebo B, například přes výstupní tranzistor elektronického obvodu (například FodTrack apod.). Takto je možné aktuátor ovládat z počítače, ať už na pokyn obsluhy, nebo automaticky z predikčního programu.

například, pokud je uzemněn bod A, relé RL1 přitáhne, na motor se dostává napětí, rameno se vysouvá, elevace se zvyšuje. Uzemněním bodu B se děj reverzuje.

Diody D jsou libovolné křemíkové nebo diody jako 1N4003, 1N4004 a pod.

Obvod vypadá sice složitě, ale to jen proto, že je “blbuvzdorný”. Značí to, že pokud je sepnuto relé RL1, nemůže být sepnuto relé RL2 a opačně. stejně, pokud by z jakéhokoli důvodu došlo ke současnému stisknutí tlačítek B1 a B2, pouze jedno relé bude sepnuto. Jinak by se mohlo stát, že vyskratujete zdroj!

Možnost dálkového ovládání je užitečná, pokud ovládáte aktuátor z počítače. Například s rozhraním Fodtrack a tímto obvodem s relé je možné řídit jakýkoliv aktuátor (Fodtrack piny č.3 na A pin 5 a B). Naznačené napájecí napětí relé 5V je pouze jako příklad. Volíme ho podle typu použitých relé. Hlavně mějte na paměti, že obvod můžete přizpůsobit a změnit podle svých potřeb.

Použití žárovky jako obvodu “jemný začátek” je jednoduché a efektivní. Ale pokud chcete použít sofistikovanější metodu, nebo váš aktuátor nemá napájecí napětí 12V, pak je třeba zhotovit nezávislý napájecí zdroj.

LM317 má velkou výhodu jako napájecí zdroj pro tento účel, protože obsahuje proudový omezovač. Takže maximální výstupní proud je 1,5A a obvod se žárovkou není nutný. Navíc trimrem P1je možné nastavit vhodné výstupní napětí k aktuátorů od 12 do 36V.

LM317 je jednoduchý třívývodovou stabilizátor s výstupním proudem do 1,5A a výstupním napětím mezi 1,2 až 37V. Obsahuje omezovač proudu a teplotní pojistku. Vstupní napětí musí být minimálně o 3 až 4V výše jako výstupní, ale nesmí přesáhnout 40V. Výstupní napětí je určeno děličem R1, R2 (ve schématu na obr.7 platí, že R2 = R + P1). Pro výstupní napětí v rozsahu 8 až 13,8V je R 1K2, P1 1k, pro výstupní napětí 11,5 až 24V je R 1k8 a P 2k2

Hodnoty rezistorů v děliči je možné vypočítat podle vzorce:
Vout = 1.25 * ( 1 + R2 / R1 )

Protože je jako R2 použita kombinace trimru P1 a pevného rezistoru R, je dělič částečně proměnný a umožňuje tak variovat výstupní napětí. Je důležité pamatovat na to, aby ani při plném odběru nepoklesly vstupní napětí do stabilizátoru oproti výstupnímu pod 3V, raději 4V. Vzhledem k tomu je třeba dimenzovat transformátor.

Zapojení je rozšířeno o obvody potlačující přechodné jevy vznikající na indukční zátěži, jako motor aktuátoru určitě je. navíc, od zdroje vedou poměrně dlouhé kabely, které se také projevují jako indukčnost. Aby LM317-ka pracovala spolehlivě, je třeba přidat zenerovy diody, blokovací kondenzátor C3 a feritovú perlu.

Zenerovo napětí diody musí být o 4 až 5V vyšší než je maximální výstupní napětí zdroje. například, pokud je výstupní napětí zdroje 12V, pak DZ má být na 16V / 1W.

Zapojení má ještě jednu východu - pokud se jako P1 použije potenciometr, je možné kdykoliv snížit napětí a tak dosáhnout pomalejší pohyb antén a přesně tak dokorigovat malé odchylky v elevaci.

 

Koncové vypínače (horní a dolní)

Aktuátory mají dva nastavitelné koncové vypínače uvnitř převodové skříňky. Jimi je možné nastavit spodní (při 0 °) a horní (při 90 °) doraz. Je to důležité iz hlediska ochrany samotného aktuátoru, který by se mohl při přesahu a nadměrné zátěži poškodit.

Správným nastavením koncových vypínačů se bude celý systém bezpečně elevovat v rozsahu 0 až 90 stupňů. například, pokud aktuátor dosáhne horní nebo dolní vypínač, ten odpojí napětí od motoru. Bude reagovat pouze na napětí opačné polarity, které znamená bezpečný pohyb.

Na stránce http://www.qsl.net/sv1bsx/actuator_lnk.html jsou podrobné informace od výrobce SATENG. Dostal jsem email od amatéra, jehož aktuátor neměl dorazové vypínače. Nemám představu jak je to možné, je však nemyslitelné aby výrobce nezapomněl tyto části do aktuátoru. Určitě tam tedy budou, ale nejsou nastavitelné.

Mějte na paměti, že rozsah elevace aktuátoru je od 0 do 90 stupňů, dokud originální elevace rotátory umožňují i ​​překlopení rotátoru, čili elevaci v rozsahu 0 až 180 stupňů (překlápěcí režim).

Takže, pokud je oblet satelitu nadhlavníkový, aktuátorový systém neumožňuje sledovat jeho pohyb bez přerušení. Antény od AOS (objevení satelitu nad obzorem) zvedáme až po 90 stupňů, pak azimutálním rotátorem otočíme antény o 180 stupňů a sklápíme jejich až po LOS (družice vrstev za obzorem). V praxi je však nadhlavníkových obletů relativně málo. Vhodným řešením lze dosáhnout rozsah elevace až do 135 stupňů. Ba teoreticky je možné pomocí pístu (na podobný způsob jak v motoru auta) dosáhnout i plnou elevaci Toto však nemá v praxi velký význam…. , jelikož nadhlavníkových obletů je jen 1 až 2% a antény mají dostatečnou šířku vyzařovacích laloků.

 

Způsob odečítání velikosti elevace

Řídicí jednotky k TV satelitním přijímačem využívají impulzní odečítání velikosti vysunutí aktuátoru. Je to obvykle 48 pulzy zapnuté 1 prst (2,54 cm). To obvody v přijímači převedou na stupně, které se zobrazí na displeji.

Pro radioamatérské použití tento způsob přináší značné komplikace. Většina satelitních trackingové interface, které umožňují ovládat rotátor má napěťový vstup na zjištění velikosti elevace. Takže tento problém je třeba vyřešit. Jako první možnost se nabízí zkonstruovat podobný systém jako je v satelitním přijímači, například s PIC a digitální stupnicí. To však vyžaduje znalosti těchto obvodů, a to nemá každý.

Ale existuje ještě jednoduchá pomoc: potenciometr mechanicky spojený s aktuátorem. Je to možné několika způsoby udělat. Jednou z nich je přenést moment přes kladku na osu potenciometru. Jako druhá možnost je použít jednoduchý pákový systém. Inspirace jak na to jsou na obrázcích. Velmi pěkný patent však vymyslel PA4FP. Zabudoval víceotáčkový potenciometr přímo do skříňky aktuátoru a ozubeným kolečkem z dětské hračky ho navázal do převodu od motoru.

Na obr.9 je jednoduché zapojení, které umožňuje na stupnici měřícího přístroje odečítat elevaci přímo ve stupních. Pokud je dobře nakalibrované, přesnost je 1 stupeň. Červenými čarami ve schématu jsou nakresleny části, které jsou mimo Shack. Jak vodiče k potenciometru stačí běžná dvojlinka (2 X 0,5 mm).

P1 má 5k, triemer P2 také 5k. Trimer P3 má 10k, všechny průběhy jsou lineární. je výhodné, aby P2 a P3 byly víceotáčkové typy, snadněji se tak systém kalibruje. Precizní nastavení vyžaduje totiž trpělivost. Měřidlo postačí libovolné od 0,1 do 1 mA.
Nastavení se provádí tímto způsobem:
a) nastavte P2 a P3 asi do 1/3 dráhy od uzemněného kraje
b) zvedněte antény na nejvyšší elevaci (90°) a nastavte s P2 maximální výchylku na měřícím přístroji
C) sklopte antény (0°) a nastavte s P3 minimální výchylku na měřícím přístroji
Kroky B a C je třeba vícekrát zopakovat, dokud se dosáhne požadovaná přesnost (prvky se vzájemně ovlivňují).

Pod následujícím odkazem najdete vylepšený systém odčítání elevace: https://www.qsl.net/sv1bsx/actuator/elev_reader.html

mechanické části

Pro mnoho radioamatérů představuje mechanika nejtěžší oblast hobby. Někdo je nemá v oblibě, někdo nemá potřebné nářadí na zhotovení nebo úpravu kovových částí. V této části naleznete několik způsobů zhotovení mechanických částí výškový systému bez nutnosti mít netradiční nástroje - postačí vrtačka, šroubovák a kleště.

První řešení je na obrázku výše. Stačí ohnout čtyři plotýnky do L-ka, navrtat několik děr na šrouby a sehnout pár U-ček. V železářství se dá koupit materiál za pár stovek.

V tomto provedení je vykonavatelem kruhového pohybu vodorovná tyč, která tvoří závěs. Působením na pant se přímočarý pohyb aktuátoru přeměňuje na kruhový. Konstrukce musí být bezpodmínečně masivní, jinak dojde působením různých sil k destrukci. Celý anténní systém totiž působí na závěs, který musí odolat i nejsilnějšímu větru. Výhodou je, pokud jsou antény malé a lehké.

Následující obrázky ukazují způsob přeměny přímočarého pohybu na kruhový:

 

…. a obrázky níže zachycují prototyp výškový systému s aktuátorem

 

Další řešení zachycuje fotografie níže. Se dvěma souosými trubkami se GM4JJJ podařilo vytvořit velmi pevnou konstrukci. Vnější trubka je uchycena U deskami na kovovou destičku. Vnitřní trubka je takového průměru, aby akorát vešla do vnější a dala se otáčet bez drhnutí. Pokud má dostatečnou délku, celé uchycení je velmi stabilní a hodí se i pro rozměrnější anténní systémy, např.pro EME.

Na posledním obrázku je jednoduchý home made rotátor SV1EPE využívající stěračové převody. Poměr převodu je 360:1, čili i maličký motorek zvládne otočit stožár bez problémů. Spojka mezi motorem a převodovkou je ze zahradní hadice!

Tak, a to by bylo vše. Pokud vás ještě něco napadne, nebo máte poznámky a vylepšení k uvedenému řešení, neváhejte a napište mi na sv1bsx@yahoo.gr . Ještě se chci zvlášť poděkovat mé neteři Katerine Matiatos, která mi pomohla s Kompletace tohoto popisu.

Mak, SV1BSX https://www.qsl.net/sv1bsx/