Kleines Antennenarray für Oscar 40

Einführung

Derzeit ist der Satellit AMSAT Oscar 40 (Pre-Launch-Bezeichnung Phase 3D), das größte Satellitenprojekt in der Geschichte der Amateurfunksatelliten, bereits in Betrieb. Oscar 40 verfügt über den sogenannten Matrix-Transponder, d.h. es können verschiedene Kombinationen von Uplink (Eingang) und Downlink (Ausgang) gewählt werden. Nach mehreren Monaten Betrieb scheint es, dass der Hauptsatellitenmodus die USA sein wird – Uplink im U-Band (435 MHz) und Downlink im S-Band (2,4 GHz). Auch die meisten aktiven Sender nutzen diese Kombination. Neben dem Uplink auf 435 MHz gibt es auch eine Option im Band L (1296 MHz) und Band V (145 MHz) sowie Downlink im Band K (24 GHz), derzeit ist jedoch der US-Modus am aktivsten. Deshalb habe ich beschlossen, eine Station für diesen Mod zu bauen. Die Parameter des Satellitensenders des Satelliten AO-40 ermöglichen den Einsatz von Antennen mit relativ kleinen Abmessungen an Bodenstationen.

In meinem Artikel beschreibe ich einfache Antennen für das 435-MHz-Band, eine 9-Element-Rundfunkantenne Yagi und für die 2,4-GHz-Empfangsantenne eine Schüssel mit Wendelstrahler. Dieser Aufbau hat sich auch in der Praxis bewährt. Ähnliche Antennen werden auch von einer Reihe aktiver Stationen auf der ganzen Welt verwendet. In diesem Artikel wollte ich nicht das komplette Antennensystem von A bis Z im Detail beschreiben, sondern durch die Oscar 40 Anregungen und Inspiration zum Experimentieren geben.

Rundfunkantenne auf 435 MHz

Der Bau einer durchschnittlich guten Antenne für 435 MHz sollte selbst für einen Funkamateur – einen Anfänger – kein Problem sein. Dazu benötigen wir Aluminium- oder Duraluminiummaterial sowie einige grundlegende Werkzeuge (Messgerät, Säge, Feilen, Bohrer, Bohrer, Schraubstock...). Für dieses Band werden wir eine 9-Element-Yagi-Antenne mit linearer Polarisation gemäß dem Antennenbuch von Karl Rothammel verwenden. [ 1.] Dies ist natürlich das Minimum, anspruchsvollere Menschen können längere Antennen herstellen und verwenden. Die beste Lösung ist die Verwendung von Kreuz-Yagi-Antennen – allerdings ist die Herstellung und Nutzung (Befestigung, Drehung...) solcher Antennen deutlich anspruchsvoller, sodass für die ersten Versuche eine kleinere Antenne – in unserem Fall 9 Elemente – ausreichen wird. Sie können die Antenne in Abb.1 sehen. – Die Gesamtlänge beträgt etwas mehr als 1 m, sodass die Anbringung der Antenne hinter dem Reflektor problemlos möglich ist. Als Strebe verwenden wir quadratisches Duraluminiummaterial 20×20 mm oder ein Rohr mit einem Durchmesser von 20 mm. Wir kürzen den Ausleger so, dass hinter dem Reflektor genügend Reserve für die Anbringung der Antenne bleibt. Alle Elemente bestehen aus 4-6 mm Material und werden ohne Isolierung am Ausleger montiert. Die Antenne hat laut Originalquelle einen Gewinn von 11,5 dB, ein Front-to-Back-Verhältnis von 19 dB, einen horizontalen Strahlungswinkel von 44 Grad und einen vertikalen Strahlungswinkel von 48 Grad. Die Impedanz der Antenne beträgt 240 Ohm, daher ist für die Speisung mit einem Koaxialkabel die Verwendung eines Balun-Transformators erforderlich. Die Berechnung, Vorgehensweise und Ausführungsart wurde im RŽ 6/98 [2.] und auch in anderer Literatur beschrieben. Wir verschließen die Steckdose wasserdicht in einer Plastikbox. Wir werden die fertige Antenne testen (mindestens SWR und andere, wenn möglich...).

Empfangsantenne für 2,4 GHz

Der Bau einer Antenne für das 2,4-GHz-Band wird nicht mehr so ​​einfach sein wie für 70 cm. Der erste Schritt besteht darin, eine geeignete Antenne für den Empfang in diesem Band auszuwählen. Wenn wir uns ansehen, was weltweit genutzt wird, ist die Schlussfolgerung klar: Die meisten Sender verwenden eine Satellitenschüssel. Neben Parabolantennen kommen auch Helix-, Loop-, Yagi-Antennen und deren Modifikationen zum Einsatz. Allerdings sind die Abmessungen klassischer Yagi- und Rahmenantennen bei 2,4 GHz bereits so klein, dass ihre Konstruktion schwierig ist. Auch eine Helix ist möglich. Wir wollen jedoch eine Antenne mit ausreichendem Gewinn und einem relativ einfachen mechanischen Aufbau. Eine solche Antenne wird eindeutig eine Schüssel sein. Einen Parabolspiegel müssen wir nicht aufwändig zu Hause herstellen – für Satelliten- und MMDS-Fernsehen können verschiedene Parabeln mit einem Durchmesser von 60 cm bis 1 m verwendet werden. Der Einfachheit halber werden wir mit einer zentralen Schüssel arbeiten – die Verwendung einer versetzten Schüssel ist ebenfalls möglich, viele Stationen verwenden diese. Eine ältere Zentralschale mit einem Durchmesser von 90 cm und 1 m kann man für ein paar Hundert Kronen kaufen, mit etwas Glück sogar für weniger (hi...). Ich verwende eine Schüssel mit einem Durchmesser von 1 m.

Die zweite Frage, die wir untersuchen müssen, ist der Strahler. In der Literatur finden sich Beschreibungen verschiedener Strahler für dieses Band. Ich habe persönlich mehrere Typen und Lösungen erstellt und ausprobiert (gemäß DB6NT, DK1VC, OE9PMJ usw.). Sie haben jedoch eine lineare Polarisation und sind eher für den Normalbetrieb geeignet. Für den Satellitenbetrieb wäre eine Einspeisung mit zirkularer Polarisation besser: u. a EME Stationen ist ein sehr weit verbreiteter und beliebter Strahler nach VE4MA und für tschechische EME-Stationen (OK1DFC, OK1CA, OK1UWA) auch eine Einspeisung mit Septum-Polarisationsschalter. Viele Amateure verwenden einen Helix-Emitter für Satellitensysteme. Es gibt verschiedene Designlösungen, z. B. nach G3RUH, G6LVB usw. [ 3.] usw. Der Helix-Strahler hat mehrere Vorteile, wie zum Beispiel: die oben erwähnte Zirkularpolarisation, einfache Konstruktion und Montage. Der Einfachheit und mechanischen Einfachheit halber habe ich mich für einen Helixstrahler entschieden – so sind wir uns einig: Wir werden eine zentrale Parabel (möglichst mit einem Durchmesser von etwa 90 cm – mehr Gewinn...) und einen Helixstrahler und einen direkt damit verbundenen Konverter als eine Baueinheit verwenden.

Nachdem wir die Parabel erhalten haben, zerlegen wir alle Strukturelemente, die wir nicht verwenden werden – so dass wir nur noch einen nackten Parabolspiegel haben. Wir sorgen für eine passende Passform – jeder muss möglichst individuell damit umgehen. Eine der möglichen Lösungen sehen Sie in Abb. 2.:

1. lange Schraube mindestens M8
2. Schrauben M4 – M5
3. Ring aus 3 mm Al
4. Löcher für Schrauben Pos. 2.
5. Flache und flexible Pads
6. Mutter M8 für Schraubenpos. 1.
7. Unterlegscheiben und Muttern für Schrauben Pos. 2.
8. Loch für Schraubenpos. 1. auf der Parabel
9. Löcher für Schrauben Pos. 2. auf der Parabel
10. Gegengewicht

Wir messen den genauen Durchmesser und die Tiefe und berechnen daraus den Brennpunkt. – Abb.3.
Verwendete Formel: F = D²/16a
wobei D – der Durchmesser der Parabel ist
a – ist die Tiefe des Parabolspiegels in der Achse

Bei der Berechnung können wir verschiedene Artikel und Veröffentlichungen heranziehen, wie zum Beispiel in RŽ 4/99 von Zdenek OK1DFC, [ 4.] usw. Nach der Berechnung der Brennweite beginnen wir mit der Herstellung des Beleuchtungskörpers: Zuerst berechnen wir den Durchmesser des Reflektors, des Beleuchtungskörpers und den Abstand zwischen den Fäden. Wir verwenden Formeln:
Reflektordurchmesser R = 0,62 Lambda
Der Abstand des Emitters vom Reflektor beträgt A = 3900/f [cm, MHz] oder A = 0,13 Lambda
Windungsabstand S = 7200/f [cm, MHz] oder S = 0,24 Lambda
Emitterdurchmesser D = 9300/f [cm, MHz] oder D = 0,31 Lambda
Die Grundabmessungen der Helix-Antenne können Sie Abb. 4 (oben) entnehmen.

Aber wenn wir nicht rechnen wollen, können wir in der Literatur (z. B. nach OK2AQK, [ 5.] oder G3RUH) oder im Internet [ 6.] einen berechneten und beschriebenen Helixstrahler finden. Einen solchen Strahler sehen Sie in Abb. 5. In Abb. 6. Sie sehen den fertigen Emitter des Helixstrahlers: Das Material ist Cu-Draht mit einem Durchmesser von 3 mm – ich habe zusätzliches Material zum Schweißen (Durchmesser 3,15 mm) verwendet, indem ich die gesamte Länge (1 m) auf einen Dorn mit geeignetem Durchmesser gewickelt habe. Die Anzahl der Umdrehungen beträgt maximal 4 bis 5. Achten Sie beim Drehen auf die Drehrichtung: Das Signal des Satelliten ist im Uhrzeigersinn polarisiert, z.B. Wir würden die Helix-Antenne in eine rechte Richtung wickeln, aber im Fall des Strahlers muss es umgekehrt sein, also links. Den Reflektor fertigen wir aus 2 mm dickem Aluminiumblech. Wir bohren am Reflektor drei um 120 Grad zueinander versetzte Löcher – für drei Halterungen, die den Strahler über dem Parabolspiegel halten – außerdem bohren wir die Löcher für die Halteklammern am Parabolspiegel. Wir fertigen die Halterungen aus Aluminiumstämmen mit einem Durchmesser von 8 mm – schneiden Sie sie auf die gewünschte Länge zu (lassen Sie einen Rand von 50–100 mm übrig), schneiden Sie M8-Gewinde und biegen Sie sie nach Bedarf. Wir fertigen und montieren die Clips für die Konverter- und Strahlerabdeckungen. Wir bohren ein Loch für den Stecker am Reflektor – individuell nach den mechanischen Abmessungen des Konverters – wahrscheinlich wird das Loch nicht in der geometrischen Mitte des Reflektors liegen. Wir wählen den Steckertyp am Strahler entsprechend dem Steckertyp, den wir am Konverter haben: Ich habe eine N-Buchse (weiblich) am Konverter, also habe ich einen N-Stecker (männlich) am Strahler montiert. Nachdem Sie den Stecker am Reflektor am mittleren (stromführenden) Kontakt befestigt haben, verzinnen Sie den Emitter (Cu-Draht). Natürlich achten wir darauf, dass es nicht versehentlich den Reflektor (oder ein unbelebtes Teil) berührt – am besten drehen Sie dazu einen passenden Tefloneinsatz, wenn wir keine Möglichkeit dazu haben, reicht es, einen PVC-Schlauch auf einen Cu-Draht aufzufädeln. Dann stellen wir den Wendelstrahler so ein, dass die Mitte mit der Mitte des Reflektors übereinstimmt. Wir befestigen den Kühler mit einem geeigneten Kleber im Anschluss. Den fertigen Strahler befestigen wir auf der Parabel (gemäß unserer Berechnung im Brennpunkt) und probieren es aus. Das kann je nach verwendetem Konverter individuell sein, in meinem Fall sah es aber so aus: Als MF-Empfänger verwende ich einen Yaesu FT 290R Transceiver mit einem Bereich von 144,0 bis 148,0 MHz. Nach dem Anschließen der Konverterdaten an TCVR 144,0 MHz entspricht der tatsächlich empfangenen Frequenz von 2400,0 MHz. Ich habe aus einem 50,0-MHz-Quarzoszillator (den man für ein paar Kronen kaufen oder von einem alten Computer-Motherboard bekommen kann) ein kleines „Leuchtfeuer“ nach Abb. 7 gebaut. Die 48. Harmonische des Quarzoszillators fällt auf eine Frequenz von 2400,0 MHz, die ich bereits empfangen kann. Wenn die Antenne des kleinen Leuchtturms bei ca. 1 cm, also sollten wir bei 2400,0 MHz (dann auf tcvr 144,0 MHz) ein Pfeifen hören. [ 7.] Dann werden wir versuchen, das Signal vom Satelliten zu erfassen. Wenn nach dem Test alles in Ordnung ist, können wir mit der Oberflächenbehandlung und dem Anbringen der Abdeckungen fortfahren. Zur Oberflächenbehandlung eignet sich ein Acrylspray, als Deckel zum Abdecken des Konverters eignet sich ein Behälter aus Kunststoff oder Blech (ich habe einen Leerbehälter für Karosseriedichtmittel verwendet). Um den Emitter – den Strahler – abzudecken, müssen wir einen Behälter aus Kunststoff (PVC) verwenden.

Den mechanischen Aufbau des Strahlers sehen Sie in Abb. 8. :
1. Konverterabdeckung
2. Gummidichtring
3. Reflektor
4. Kühlerabdeckung (aus Kunststoff)
5. Emitter
6. Konverter
7. Befestigungslöcher
8. N-Stecker (oder Stecker)

Nach dem Zusammenbau des Bestrahlungsgeräts überprüfen wir noch einmal alles und stellen die Schüssel für den Zusammenbau bereit.

Montage von Antennen – mechanische Konstruktion

Wir werden die Kleinanlage so montieren, dass wir die Möglichkeit zum Experimentieren haben und die Stromkabel möglichst kurz sind. Wir können die Rotation einfach lösen – per Hand. Die scheinbare Bewegung des Satelliten ist langsam, daher reicht es aus, die Antennen nach 1-1 Stunde auszurichten. Für Experimente eignet sich auch ein einfaches Stativ oder eine Halterung am Fenster. Meine Lösung ist wie folgt: Meine Satellitenantennenanlage befindet sich auf dem Dach mit Ferndrehung AZ/EL, aber aus mehreren Gründen wollte ich die Antenne nicht oben montieren (mehr als 30 m langes Fallrohr, begrenzte Experimentiermöglichkeit usw.), also habe ich eine kleine Anlage auf dem Fensterrahmen montiert, die ich manuell in beiden Ebenen drehen kann. Das kleine System besteht aus einer 4-el-Yagi-Antenne für 2 m, den oben genannten 9-el-Yagi-Antennen für 70 cm und einer 1-m-Parabel für 13 cm. Dieses kleine System findet Anwendung bei der Arbeit über die Satelliten FO-20 und FO-29, aber auch als Ersatz- oder Zweitantennensystem.

Die Anordnung und der mechanische Aufbau des Systems ist in Abb. 9 dargestellt:
1. Antennenposition auf 145 MHz
2. Horizontaler Ausleger für Antennen (dreht sich vertikal in Pos. 4. )
3. Mechanismus zur Fixierung der Auslegerposition. 2.
4. T-förmige geschweißte Rohre (dreht sich horizontal im Rohr Pos. 7)
5. Position der Schüssel bei 2,4 GHz
6. Antennenposition auf 435 MHz
7. Stahlrohr
8. Mechanismus zur Rohrbefestigung Punkt 4.
9. Halterung(en) zur Montage an der Wand oder am Fensterrahmen

Obwohl diese Lösung einfach ist, ist sie nicht ideal: Der Betrieb über Satelliten ist nur auf den Teil der Umlaufbahn beschränkt, den die Antennen „sehen“.

Abschluss

Natürlich ist das beschriebene kleine System nicht das Beste, aber für die ersten Schritte und sogar für den normalen Betrieb reicht es. Ich weiß, dass selbst ein SSB/CW-Sender mit ausreichender Leistung auf 70 cm für den durchschnittlichen Amateur schwer zu bekommen ist – ich spreche nicht einmal von einem Konverter auf 13 cm, aber es gibt immer noch Möglichkeiten, einfache, aber brauchbare Geräte zu bekommen – z. einfach Transverter 2m/70cm, umgebaute MMDS-Konverter usw. Es ist einfacher, zu einem lokalen FM-Konverter oder einem Paketknoten zu gelangen als zu einem Satellitentransponder, aber der Aufwand wird durch schöne Verbindungen kompensiert, die auf den UHF/SHF-Bändern wirklich ein Erlebnis sind, selbst wenn wir wissen, dass sie in einer Entfernung von etwa 50.000 km von uns nur über einen Konverter verbunden sind. Fotos der beschriebenen Antennen finden Sie auch auf meiner Website: www.host.om7aq.sk oder www.QSL.net/om7aq. Ich danke Zdenek OK1DFC für seine Zusammenarbeit und Hilfe.

Literatur

[1] Karl Rothammel: Antennenbuch
[2] Antennen DL6WU für 435 MHz, Herstellung gefalteter Dipole (Radio Journal 6/98)
[3] http://www.ultimatecharger.com/dish.html
[4] Zdeněk Samek, OK1DFC: Berechnung, Design und Bau von Parabolantennen (Radio Journal 4/99)
[5] Miroslav Kasal, OK2AQK: Empfänger von Satellitensignalen im S-Band (Amatérske rádio 1995/1,2)
[6] http://www.g6lvb.com a http://www.moon-bounce.com/sband.html
[7] Amateursatelliten (Radiojournal 4/02) und die VE2ZAZ-Website http://www3.sympatico.ca/b.zauhar/SigSourc/SigSourc.htm

Gyetvai Zoltán OM7AQ
gye@isternet.sk