Petit réseau d'antennes pour Oscar 40

Introduction

Actuellement, le satellite AMSAT Oscar 40 (désignation préalable au lancement Phase 3D), qui était le plus grand projet de satellite de l'histoire des satellites radioamateurs, est déjà en service. L'Oscar 40 possède ce qu'on appelle un transpondeur matriciel, c'est-à-dire que différentes combinaisons de liaison montante (entrée) et de liaison descendante (sortie) peuvent être sélectionnées. Après plusieurs mois de fonctionnement, il apparaît que le mode satellite principal sera US – liaison montante sur la bande U (435 MHz) et liaison descendante sur la bande S (2,4 GHz). La plupart des stations actives utilisent également cette combinaison. En plus de la liaison montante sur 435 MHz, il existe également une option en bande L (1296 MHz) et en bande V (145 MHz) et en liaison descendante en bande K (24 GHz), mais actuellement le mode US est le plus actif. C'est pourquoi j'ai décidé de construire une station pour ce mod. Les paramètres de l'émetteur satellite du satellite AO-40 permettent aux stations au sol d'utiliser des antennes de dimensions relativement petites.

Dans mon article, je décrirai des antennes simples pour la bande 435 MHz, une antenne de diffusion à 9 éléments Yagi et pour l'antenne de réception 2,4 GHz, une parabole avec un radiateur hélicoïdal. Cette configuration a également fait ses preuves dans la pratique. Des antennes similaires sont également utilisées par un certain nombre de stations actives dans le monde. Dans cet article, je n'ai pas souhaité décrire en détail le système d'antennes complet de A à Z, mais j'ai souhaité donner des idées et de l'inspiration pour l'expérimentation à travers l'Oscar 40.

Antenne de diffusion sur 435 MHz

Fabriquer une bonne antenne moyenne pour 435 MHz ne devrait pas être un problème, même pour un radioamateur - un débutant. Pour cela nous aurons besoin de matériel en aluminium ou en duralumin ainsi que de quelques outils de base (compteur, scie, limes, perceuse, forets, étau...). Pour cette bande, nous utiliserons une antenne Yagi à 9 éléments de polarisation linéaire, selon le livre sur les antennes de Karl Rothammel. [ 1.] Bien sûr, c'est le minimum, les personnes les plus exigeantes peuvent fabriquer et utiliser des antennes plus longues. La meilleure solution est l'utilisation d'antennes Yagi croisées - cependant, la production et l'utilisation (fixation, rotation...) de telles antennes sont beaucoup plus exigeantes, donc pour les premières tentatives, une antenne plus petite suffira - dans notre cas, 9 éléments. Vous pouvez voir l'antenne sur la figure 1. – sa longueur totale est d'un peu plus de 1 m, il n'y aura donc aucun problème pour fixer l'antenne derrière le réflecteur. Nous utilisons un matériau carré en duralumin de 20 × 20 mm ou un tuyau d'un diamètre de 20 mm comme entretoise. Nous coupons la perche pour qu'il y ait suffisamment de réserve derrière le réflecteur pour fixer l'antenne. Tous les éléments sont constitués d'un matériau de 4 à 6 mm et sont montés sur la flèche sans isolation. L'antenne selon la source originale a un gain de 11,5 dB, un rapport avant/arrière de 19 dB, un angle de rayonnement horizontal de 44 degrés et un angle de rayonnement vertical de 48 degrés. L'impédance de l'antenne est de 240 Ohm, donc pour l'alimentation avec un câble coaxial, il est nécessaire d'utiliser un transformateur balun. Le calcul, la procédure et la méthode d'exécution ont été décrits dans RŽ 6/98 [2.] ainsi que dans d'autres publications. Nous fermons la prise électrique de manière étanche dans une boîte en plastique. Nous testerons l'antenne finie (au moins SWR et autres si possible...).

Antenne de réception pour 2,4 GHz

Fabriquer une antenne pour la bande 2,4 GHz ne sera plus aussi simple que pour 70 cm. La première étape consiste à choisir une antenne adaptée à la réception dans cette bande. Quand on regarde ce qui est utilisé dans le monde, la conclusion est claire : la plupart des stations utilisent une antenne parabolique. En plus des antennes paraboliques, des hélices, des boucles, des Yagi et leurs modifications sont également utilisées. Cependant, à 2,4 GHz, les dimensions des antennes Yagi et boucles classiques sont déjà si petites que leur construction est difficile. Une hélice est également une possibilité. Cependant, nous souhaitons une antenne qui aura un gain suffisant et une construction mécanique relativement simple. Une telle antenne sera clairement une parabole. Nous n'avons pas besoin de fabriquer laborieusement un miroir parabolique à la maison - différentes paraboles d'un diamètre de 60 cm à 1 m peuvent être utilisées pour la télévision par satellite et MMDS. Par souci de simplicité, nous travaillerons avec une parabole centrale - l'utilisation d'une parabole décalée est également possible, de nombreuses stations les utilisent. Un plat central plus ancien d'un diamètre de 90 cm et 1 m peut être acheté pour quelques centaines de couronnes, si on a de la chance, même pour moins cher (salut...). J'utilise une parabole d'un diamètre de 1 m.

La deuxième question que nous devons examiner est celle de l'irradiateur. Dans la littérature, on peut trouver des descriptions de différents irradiateurs pour cette bande. J'ai personnellement réalisé et essayé plusieurs types et solutions (selon DB6NT, DK1VC, OE9PMJ, etc.). Cependant, ils ont une polarisation linéaire et conviennent mieux à un fonctionnement normal. Pour le fonctionnement des satellites, une alimentation à polarisation circulaire serait préférable : u GEM stations est un irradiateur très répandu et populaire selon VE4MA et pour les stations tchèques EME (OK1DFC, OK1CA, OK1UWA) également une alimentation avec un interrupteur de polarisation à septum. De nombreux amateurs utilisent un émetteur hélicoïdal pour les systèmes satellitaires. Il existe plusieurs solutions de conception, comme selon G3RUH, G6LVB...etc. [ 3.] etc. L'irradiateur Helix présente plusieurs avantages, tels que : la polarisation circulaire susmentionnée, une construction et un assemblage simples. Par simplicité et simplicité mécanique, j'ai choisi un radiateur hélicoïdal - nous sommes donc décidés : nous utiliserons une parabole centrale (d'un diamètre d'environ 90 cm si possible - plus de profit...) et un radiateur hélicoïdal et un convertisseur directement connecté à celle-ci comme une seule unité structurelle.

Après avoir obtenu la parabole, nous démontons tous les éléments structurels que nous n'utiliserons pas - nous n'avons donc qu'un miroir parabolique nu. Nous trouverons une solution adaptée - chacun doit s'en occuper individuellement, dans la mesure du possible. Vous pouvez voir l'une des solutions possibles sur la fig. 2. :

1. vis longue au moins M8
2. vis M4 – M5
3. anneau en Al 3 mm
4. trous pour vis pos. 2.
5. coussinets plats et flexibles
6. Écrou M8 pour vis pos. 1.
7. rondelles et écrous pour vis pos. 2.
8. trou pour vis pos. 1. sur la parabole
9. trous pour vis pos. 2. sur la parabole
10. contrepoids

Nous mesurons le diamètre et la profondeur exacts, en fonction desquels nous calculons le point focal. – fig.3.
Formule utilisée : F = D²/16a
où D – est le diamètre de la parabole
a – est la profondeur du miroir parabolique dans l'axe

Lors du calcul, nous pouvons utiliser divers articles et publications, comme dans RŽ 4/99 de Zdenek OK1DFC, [ 4.] etc. Après avoir calculé la distance focale, nous commençons à fabriquer l'illuminateur : nous calculons d'abord le diamètre du réflecteur, l'illuminateur et la distance entre les fils. Nous utilisons des formules :
Diamètre du réflecteur R = 0,62 lambda
La distance de l'émetteur au réflecteur A = 3900/f [cm, MHz] ou A = 0,13 lambda
Distance entre spires S = 7200/f [cm, MHz] ou S = 0,24 lambda
Diamètre de l'émetteur D = 9300/f [cm, MHz ] ou D = 0,31 lambda
Vous pouvez voir les dimensions de base de l'antenne hélicoïdale sur la figure 4 (ci-dessus).

Mais quand on ne veut pas faire de calcul, on peut trouver un irradiateur hélicoïdal calculé et décrit dans la littérature (par exemple selon OK2AQK, [ 5.] ou G3RUH) ou sur Internet [ 6.]. Vous pouvez voir un tel irradiateur sur la fig. 5. Sur la fig. 6. vous voyez l'émetteur fini de l'irradiateur hélicoïdal : le matériau est du fil de Cu d'un diamètre de 3 mm - J'ai utilisé du matériel supplémentaire pour le soudage (diamètre 3,15 mm) en enroulant toute la longueur (1 m) sur un mandrin d'un diamètre adapté. Le nombre de tours sera au maximum de 4 à 5. Lors de la rotation, faites attention au sens de rotation : le signal du satellite a une polarisation dans le sens des aiguilles d'une montre, - par ex. on enroulerait l'antenne hélicoïdale dans le sens de la droite, mais dans le cas de l'irradiateur, ce doit être l'inverse, donc vers la gauche. Nous fabriquerons le réflecteur à partir d'une tôle d'aluminium de 2 mm d'épaisseur. Nous percerons trois trous sur le réflecteur, décalés de 120 degrés les uns des autres - pour trois supports qui maintiendront le radiateur au-dessus du miroir parabolique - nous percerons également les trous pour les supports de maintien sur le miroir parabolique. Nous fabriquerons les supports à partir de bûches d'aluminium d'un diamètre de 8 mm - les couperons à la longueur requise (laisser une marge de 50 à 100 mm), couperons des filetages M8 et les plierons selon vos besoins. Nous fabriquerons et installerons les clips pour les couvercles du convertisseur et de l'irradiateur. Nous perçons un trou pour le connecteur sur le réflecteur - individuellement en fonction des dimensions mécaniques du convertisseur - le trou ne sera probablement pas au centre géométrique du réflecteur. On choisit le type de connecteur sur l'irradiateur en fonction du type de connecteur que l'on a sur le convertisseur : J'ai une prise N (femelle) sur le convertisseur, j'ai donc monté une prise N (mâle) sur l'irradiateur. Après avoir fixé le connecteur du réflecteur au contact central (sous tension), étamez l'émetteur (fil Cu). Bien sûr, nous veillerons à ce qu'il ne touche pas accidentellement le réflecteur (ou une partie inanimée) - le meilleur moyen est de tourner un insert en Téflon adapté, mais si nous n'en avons pas la possibilité, il suffit d'enfiler un tube en PVC sur un fil de Cu. Ensuite, nous réglons le radiateur hélicoïdal de manière à ce que son centre soit aligné avec le centre du réflecteur. Nous fixons le radiateur dans le connecteur avec une colle adaptée. Nous fixons l'irradiateur fini sur la parabole (au foyer selon notre calcul) et l'essayons. Cela peut être individuel en fonction du convertisseur utilisé, mais dans mon cas, cela ressemblait à ceci : comme récepteur MF, j'utilise un émetteur-récepteur Yaesu FT 290R avec une plage de 144,0 à 148,0 MHz. Après avoir connecté les données du convertisseur à TCVR 144,0 MHz correspond à la fréquence réelle reçue de 2 400,0 MHz. J'ai fabriqué une petite "balise" à partir d'un oscillateur à cristal de 50,0 MHz (que vous pouvez acheter pour quelques couronnes ou obtenir sur une vieille carte mère d'ordinateur) selon la Fig. 7. La 48ème harmonique de l'oscillateur à cristal tombe sur une fréquence de 2400,0 MHz, que je peux déjà recevoir. Lorsque l'antenne du petit phare est rapprochée de l'irradiateur à env. 1 cm, donc à 2400,0 MHz (puis sur tcvr 144,0 MHz), on devrait entendre un sifflement. [ 7.] Ensuite, nous essaierons de capter le signal du satellite. Après le test, lorsque tout est en ordre, nous pouvons poursuivre le traitement de surface et la pose des couvercles. Un spray acrylique convient au traitement de surface, et un récipient en plastique ou en tôle convient comme couvercle pour recouvrir le convertisseur (j'ai utilisé un récipient de scellant corporel vide). Pour recouvrir l'émetteur - l'irradiateur, il faut utiliser un récipient en plastique (PVC).

Vous pouvez voir la construction mécanique de l'irradiateur sur la Fig. 8. :
1. couvercle du convertisseur
2. bague d'étanchéité en caoutchouc
3. réflecteur
4. cache radiateur (en plastique)
5. émetteur
6. convertisseur
7. trous de montage
8. Connecteur N (ou fiche)

Après avoir assemblé l'irradiateur, nous vérifions tout à nouveau et préparons la parabole pour l'assemblage.

Montage d'antennes - construction mécanique

Nous monterons le petit système de manière à ce que nous ayons la possibilité d'expérimenter et que les câbles d'alimentation soient aussi courts que possible. Nous pouvons résoudre la rotation simplement – ​​à la main. Le mouvement apparent du satellite est lent, il suffit donc de pointer les antennes après 1 à 1 heure. Un simple trépied ou un support près de la fenêtre convient également aux expériences. Ma solution est la suivante : mon système d'antenne satellite est sur le toit avec rotation à distance AZ/EL, mais pour plusieurs raisons je n'ai pas voulu monter l'antenne vers le haut (descente de plus de 30 m de long, possibilité d'expérimentation limitée, etc.), j'ai donc monté un petit système sur le cadre de la fenêtre que je peux faire pivoter manuellement dans les deux plans. Le petit système se compose d'une antenne 4 el Yagi pour 2 m, et des antennes 9 el Yagi susmentionnées pour 70 cm et d'une parabole de 1 m pour 13 cm. Ce petit système trouvera une application lors du travail sur les satellites FO-20 et FO-29, mais également comme système d'antenne de rechange ou secondaire.

La disposition et la construction mécanique du système sont illustrées à la Fig. 9 :
1. position de l'antenne sur 145 MHz
2. perche horizontale pour antennes (tourne verticalement en pos. 4. )
3. mécanisme de fixation de la flèche pos. 2.
4. Tubes soudés en forme de T (tourne horizontalement dans le tube pos. 7)
5. position de la parabole à 2,4 GHz
6. position de l'antenne sur 435 MHz
7. tuyau en acier
8. mécanisme de fixation des tuyaux rep. 4.
9. support(s) pour montage au mur ou sur cadre de fenêtre

Bien que cette solution soit simple, elle n'est pas idéale : le fonctionnement via les satellites est limité à la seule partie de l'orbite que les antennes « voient ».

Conclusion

Bien sûr, le petit système décrit n'est pas le meilleur, mais il suffit pour les premiers pas et même pour un fonctionnement normal. Je sais que même un émetteur SSB/CW avec une puissance suffisante sur 70 cm est difficile à trouver pour l'amateur moyen - je ne parle même pas d'un convertisseur sur 13 cm, mais il existe toujours des possibilités d'obtenir des appareils simples mais utilisables - par ex. simple convertisseur 2m/70cm, convertisseurs MMDS convertis, etc. Il est plus facile d'accéder à un convertisseur FM local ou à un nœud paquet qu'à un transpondeur satellite, mais l'effort sera compensé par de belles connexions, qui sont vraiment une expérience sur les bandes UHF/SHF même quand on sait qu'elles ne sont connectées que via un convertisseur à une distance d'environ 50 000 km de chez nous. Vous pouvez également retrouver des photos des antennes décrites sur mon site internet : www.host.om7aq.sk ou www.QSL.net/om7aq. Je remercie Zdenek OK1DFC pour sa coopération et son aide.

Littérature

[1] Karl Rothammel : Livre d'antennes
[2] Antennes DL6WU pour 435 MHz, Production de dipôle plié (Radio Journal 6/98)
[3] http://www.ultimatecharger.com/dish.html
[4] Zdeněk Samek, OK1DFC : Calcul, conception et construction d'antennes paraboliques (Radio Journal 4/99)
[5] Miroslav Kasal, OK2AQK : Récepteur de signaux satellite en bande S (Amatérske rádio 1995/1,2)
[6] http://www.g6lvb.com a http://www.moon-bounce.com/sband.html
[7] Satellites amateurs (Radiojournal 4/02) et site VE2ZAZ http://www3.sympatico.ca/b.zauhar/SigSourc/SigSourc.htm

Gyetvai Zoltán OM7AQ
gye@isternet.sk