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Súčasný rozmach rádioamatérskych satelitov pracujúcich na nízkej obežnej dráhe (LEO ) prináša operátorom nové možnosti, ale aj technické výzvy. Či už ide o klasické FM prevádzače na družiciach SO-50 a AO-91, linky na Medzinárodnej vesmírnej stanici ISS, alebo o pokročilú digitálnu prevádzku, úspech nadviazania stabilného QSO závisí predovšetkým Depuis anténneho systému. Pri práci cez orbitálne opakovače s bežnými lineárne polarizovanými anténami sa operátori vo svojom Shacku neustále stretávajú s hlbokým únikom signálu – fenoménom známym ako QSB . Tento nepriaznivý jav, umocnený Faradayovou rotáciou v ionosfére a neustálou zmenou polohy rotujúceho satelitu, efektívne rieši kruhová Polarizácia .
Cependant, la production d'antennes transversales industrielles est exigeante sur le plan mécanique et coûteuse. Dans un esprit de partage ouvert du matériel et des licences Licence générale GNU v3 Cependant, un concept open source plus abouti a été créé par un radioamateur allemand. DB6KT (publié sur la plateforme Thingiverse sous le numéro 4323183), qui combine l'ingénierie RF de précision avec la technologie d'impression 3D. Ce projet permet de construire une croix ultra-légère Yagi Antenne pour les bandes 2 m et 70 cm à polarisation circulaire.
Dans cet article, vous lirez
Quels sont les avantages de la polarisation circulaire pour le fonctionnement des satellites VHF ?
Pri bežnej terestriálnej prevádzke na veľmi krátkych vlnách striktne dodržiavame polarizáciu podľa druhu prevádzky. Pre FM prevádzače, digitálne siete DMR , D-Star či paketovú sieť APRS je nepísanou normou vertikálna polarizácia. Naopak, pri diaľkových spojeniach prostredníctvom odrazov Depuis meteoritických stôp (meteor scatter ), v móde EME (Zem-Mesiac-Zem) alebo počas rádioamatérskych contestov v režimoch SSB, CW a RTTY sa uplatňuje polarizácia horizontálna. Satelitná prevádzka však vyžaduje úplne odlišný prístup.
Družice obiehajúce na nízkych dráhach neustále menia svoju priestorovú orientáciu voči prijímaciemu QTH operátora. Keď lineárne polarizovaný signál zo satelitnej antény prechádza ionosférickými vrstvami, dochádza k jeho stáčaniu. Ak pozemská stanica používa fixnú vertikálnu alebo horizontálnu anténu, v momentoch polarizačného nesúladu vzniká strata, ktorá v maximách dosahuje až 20 dB. Výsledkom je rapídny pokles odstupu signálu Depuis šumu (SNR ), neustále kolísanie obvodov automatického riadenia zisku (AGC ), úniky na hranicu šumu a v najhoršom prípade úplná strata čitateľnosti relácie a nútený odchod do stavu QRT .
Kruhová polarizácia – pravotočivá (RHCP ) alebo ľavotočivá (LHCP ) – tento problém kompletne eliminuje. Elektromagnetické pole rotuje o 360 stupňov počas každej periódy vlny, vďaka čomu dokáže antenne prijímať lineárny signál v akejkoľvek polohe s konštantným útlmom iba 3 dB. Ak majú obe strany linky zhodnú kruhovú polarizáciu, polarizačná strata klesá k nule. Na implementáciu tohto princípu slúžia krížové smerové antény, kde sú dve sady elementov mechanicky otočené o 90 stupňov na spoločnom nosiči (boom) a elektricky napájané s fázovým posunom 90 stupňov pomocou fázovacieho koaxiálneho vedenia alebo prispôsobovacieho transformátora.
En mode cross-band, quand est-il utilisé ? diviser fréquence (généralement Liaison montante à 144 MHz et Liaison descendante na 430 MHz), je kľúčové zamedziť vzájomnému ovplyvňovaniu oboch vetiev. Silný vysielací výkon (QRO ) by mohol zahltiť citlivé vstupné obvody prijímača a spôsobiť intermodulačné skreslenie (IMD ). C'est pourquoi des filtres sélectifs de ce type sont inclus dans le chemin. LPF (passe-bas) pour la branche d'émission et HPF (passe-haut) pour la branche de réception, le plus souvent intégré dans un miniduplexeur combiné. Ceci garantit que les modernes ADC prevodníky a digitálne signálové procesory (DSP ) en architecture SDR TCVR Ils fonctionnent sans surcharge, ce qui permet une réception claire même avec des signaux faibles au niveau du bruit de fond.
Détails de construction imprimés en 3D selon DB6KT
Construction présentée par des radioamateurs DB6KT sous la référence Thingiverse #4323183 Ce projet propose une approche novatrice de la construction mécanique des antennes transversales. Les supports métalliques traditionnels, lourds et encombrants, sont entièrement remplacés par des supports modulaires en plastique, précis et fabriqués par impression 3D. Son principal atout réside dans la réduction du poids total, tout en préservant la haute résistance à la torsion de l'ensemble du système.
Pour le support central (flèche), l'auteur propose d'utiliser une canne à pêche classique en fibre de verre. La fibre de verre est un matériau idéal car elle est totalement non conductrice et transparente aux ondes radio ; elle ne déforme donc pas le diagramme de rayonnement de l'antenne et n'introduit aucune capacité parasite dans le système. Pour les installations fixes, l'auteur a adapté le projet avec des supports compatibles avec des tubes en plastique standard de 25 mm de diamètre extérieur. Le choix des matériaux pour les éléments eux-mêmes est optimisé pour une conductivité électrique maximale et une mise en œuvre mécanique aisée.
Les éléments passifs (réflecteur et directeurs individuels) sont constitués de fils de soudure en alliage d'aluminium de 3,2 mm de diamètre. Ce matériau se caractérise par sa légèreté, son faible coût et son excellente résistance à l'oxydation.
Les radiateurs actifs sont constitués de tubes en laiton de 4,0 mm de diamètre. Le choix du laiton est stratégique : contrairement à l’aluminium, il se soude parfaitement, ce qui permet un raccordement direct et fiable du câble coaxial d’alimentation ou de la ligne de phase, sans résistances de transition.
Des supports imprimés en 3D fixent précisément les éléments à angle droit tout en assurant le déplacement mécanique nécessaire le long de l'axe du cadre pour un phasage correct de la polarisation circulaire. DB6KT a conçu des géométries optimisées pour deux réseaux d'antennes distincts, dont les paramètres mécaniques sont résumés dans le tableau suivant :
| Bande de fréquence | Nombre d'éléments | Matériau des éléments passifs | Matériau émetteur | longueur de flèche | Poids total de l'assemblage |
|---|---|---|---|---|---|
| 2 m (144 MHz) | 6 éléments | Fil de soudure en aluminium 3,2 mm | Tube en laiton 4,0 mm | environ 2,0 m | moins de 600 g |
| 70 cm (430/440 MHz) | 10 éléments | Fil de soudure en aluminium 3,2 mm | Tube en laiton 4,0 mm | environ 2,0 m | moins de 500 g |
Du point de vue de l'impression 3D, le choix du filament est crucial pour la durabilité mécanique de l'antenne en extérieur. Le PLA conventionnel est totalement inadapté car il se dégrade rapidement sous l'effet des UV et perd en stabilité à des températures supérieures à 50 °C. Les éléments structurels exposés aux intempéries doivent être imprimés en PETG ou, idéalement, en ASA. Le filament ASA offre une excellente stabilité aux UV, une haute résistance à la chaleur et une grande résistance aux chocs. Lors de la préparation de l'impression dans un logiciel de découpe, il est recommandé de régler l'épaisseur de couche à 0,2 mm, d'utiliser au moins 3 à 4 parois périphériques et une densité de remplissage comprise entre 35 % et 50 %, avec un motif spatial gyroïde assurant une résistance uniforme sur les trois axes et empêchant les pièces de se fissurer sous l'effet du vent.
Aperçu des utilisateurs et fonctionnement pratique
Le déploiement pratique des antennes DB6KT au sein de la communauté radioamateur a suscité de nombreux retours positifs. Les utilisateurs apprécient particulièrement l'extrême légèreté de l'ensemble. La version 2 mètres pèse moins de 600 grammes et la version 70 centimètres moins de 500 grammes, ce qui permet une utilisation portable pour les communications par satellite lors d'activités nomades.
Le faible poids et le moment d'inertie minimal constituent un avantage considérable, même pour les installations fixes sur les toits des bâtiments. Pour le suivi automatique des satellites en orbite basse, il n'est pas nécessaire d'investir dans des systèmes industriels massifs et coûteux. rotateurs d'azimut-élévationLes utilisateurs parviennent à construire des rotateurs légers alimentés par des servomoteurs de modélisme ou des moteurs pas à pas contrôlés par microcontrôleur. Arduino Nano Cette approche est extrêmement populaire dans le réseau mondial des stations terrestres ouvertes. SatNOGS , où les antennes DB6KT sont utilisées pour la télémétrie automatisée et la collecte de données à partir de CubeSats radio scientifiques et amateurs.
La précision dimensionnelle offerte par la fabrication additive est pleinement démontrée durant la durée de vie électrique de l'antenne. Grâce au strict respect des longueurs des éléments et de leur espacement mutuel, l'antenne présente d'excellentes valeurs de PSV (taux d'ondes stationnaires) dès son assemblage. Mesurées à l'aide d'un analyseur d'antenne vectorielle, les valeurs de PSV dans les segments satellites 145,800–146,000 MHz et 435,000–438,000 MHz restent stablement inférieures à 1,5: 1, ce qui élimine le besoin d'un réglage mécanique complexe. Ce résultat est également facilité par le fait que les éléments rayonnants en laiton permettent le soudage direct du câble coaxial, ce qui supprime l'utilisation de borniers encombrants et minimise les inductances parasites.
Résumé
L'alliance du génie radioamateur et de l'impression 3D moderne offre une grande flexibilité dans le domaine des technologies radiofréquences. Le projet d'antenne Yagi en croix imprimée en 3D par DB6KT illustre parfaitement comment rendre des concepts avancés, tels que la polarisation circulaire, accessibles au grand public à un prix bien inférieur à celui du commerce. Le faible coût des matériaux (fils de soudure en aluminium et tubes en laiton) combiné aux propriétés mécaniques des filaments ASA fait de cette construction un projet idéal pour tout amateur de radioamateur souhaitant une solution fiable pour communiquer par satellite.