Un piccolo sistema di antenne per Oscar 40

Prototipo XVRT Javornik

V súčasnosti je už v prevádzke družica AMSAT Oscar 40 (Fase 3D pre-lanciato), ktorá bola najväčším satelitným projektom v histórii rádioamatérskych družíc. Oscar 40 má tzv. maticový transpondér, cioè, že je možné vybrať rôzne kombinácie uplinku (vstup) a downlinku (výstup). Po niekoľkých mesiacoch prevádzky sa zdá, že hlavným družicovým módom bude US – uplink na pásme U (435 MHz) a downlink v pásme S (2,4 GHz). Väčšina aktívnych staníc tiež používa túto kombináciu. Okrem uplinku na 435 MHz je možnosť ešte v pásme L (1296 MHz) a v pásme V (145 MHz) a downlink v pásme K (24 GHz), avšak v súčasnosti je najviac zapnutý mód US. Preto som sa rozhodol vybudovať stanicu pre tento mód. Parametre družicového prevádzača satelitu AO-40 umožňujú používať pozemným staniciam antény s relatívne malými rozmermi.

V mojom článku popíšem jednoduché antény pre pásma 435 MHz vysielaciu anténu 9 prvkovú Yagi a na 2,4 GHz prijímaciu anténu parabolu so skrutkovnicovým ožarovačom. Táto zostava sa osvedčila aj v praxi. Podobné antény používa aj rada aktívnych staníc na celom svete. V tomto článku som nechcel detailne popísať kompletný anténny systém od A do Z , ale chcel som dať nápady a inšpiráciu na experimentovanie cez Oscar 40.

Vysielacia anténa na 435 MHz

Vyrobiť si priemerne dobrú anténu na 435 MHz by nemalo byť problémom ani pre rádioamatéra – začiatočníka. Budeme k tomu potrebovať hliníkový alebo duralový materiál a tiež niekoľko základných náradí (che non cambiava con il cambio di frequenza ed era quindi evidente, pílka, pilníky, vŕtačka, vrtáky, zverák…). Pre toto pásmo budeme používať 9 prvkovú anténu Yagi lineárnej polarizácie, podľa anténnej knihy Karla Rothammela. [ 1.] Samozrejme to je minimum, náročnejší môžu vyhotoviť a použiť dlhšie antény. Najlepším riešením je používanie krížových antén Yagi – avšak výroba a používanie (uchytenie, otáčanie…) takých antén je oveľa náročnejšia, preto na prvé pokusy postačí aj menšia anténa – nel nostro caso 9 prvková. Anténu vidíte na obr.1. – celkovú dĺžku má niečo nad 1m, takže nebude problém anténu uchytiť za reflektorom. Ako rahno používame štvorcový duralový materiál 20×20 mm alebo rúru s priemerom 20 mm. Rahno odrežeme tak, aby zostala dostatočná rezerva za reflektorom na uchytenie antény. Všetky prvky sú z materiálu 4-6 mm a sú montované na rahno neizolovane. Anténa podľa pôvodného zdroju má zisk 11,5 dB, rapporto anteroposteriore 19 dB, vodorovný vyžarovací uhol 44 stupňov a zvislý vyžarovací uhol 48 gradi. Impedancia antény je 240 Ohm, preto pre napájanie s koaxiálnym káblom je nutnosťou použiť balunový transformačný člen. Výpočet, postup a spôsob vyhotovenia bol popísaný v RŽ 6/98 [ 2. ] a tiež v inej literatúre. Napájací bod uzavrieme vodotesne do krabičky z umelej hmoty. Hotovú anténu odskúšame (aspoň SWR a ostatné podľa možnosti…).

Prijímacia anténa na 2,4 GHz

Vyhotovenie antény pre pásmo 2,4 GHz už nebude také jednoduché, ako pre 70 cm. Prvým krokom je vybrať si vhodnú anténu na príjem v tomto pásme. Keď sa pozrieme, čo že vo svete čo všetko sa používa, tak záver je jednoznačný: väčšina staníc používa parabolu. Okrem parabolických antén sa používajú ešte antény helix (skrutkovnicové antény), ciclo continuo, Yagi a ich modifikácie. Tuttavia, su 2,4 GHz rozmery klasických antén Yagi a loop sú už také malé, že ich vyhotovenie je obtiažne. Do úvahy pripadá ešte helix. My však chceme takú anténu, ktorá bude mať dostatočný zisk a pomerne jednoduchú mechanickú konštrukciu. Takou anténou jednoznačne bude parabola. Parabolické zrkadlo nemusíme pracne vyrábať doma – dajú sa využiť rôzne paraboly priemeru 60cm až 1m pre satelitnú a MMDS televíziu. Pre jednoduchosť budeme pracovať so stredovou parabolou – využitie ofset paraboly je tiež možné, používa ich rada staníc. Staršiu stredovú parabolu s priemerom 90 cm a 1m sa dá kúpiť už za pár sto korún, keď máme šťastie, tak aj za menej (Ciao…). Ja používam parabolu s priemerom 1m.

Druhá otázka, ktorú musíme skúmať je ožarovač. V literatúre nájdeme pre toto pásmo popisy rôznych ožarovačov. Ja osobne som vyrobil a vyskúšal niekoľko druhov a riešení (podľa DB6NT, DK1VC, OE9PMJ, eccetera.). Tie však majú lineárnu polarizáciu a sú vhodnejšie na bežnú prevádzku. Pre satelitnú prevádzku by bol lepší feed s cirkulárnou polarizáciou: u EME staníc je veľmi rozšírená a populárna ožarovač podľa VE4MA a u českých EME staníc (OK1DFC, OK1CA, OK1UWA) tiež feed s septum-polarizačnou výhybkou. Veľa amatérov u satelitných systémoch používa helixový ožarovač. Existuje niekoľko konštrukčných riešení, Per esempio. podľa G3RUH, G6LVB… eccetera.. [ 3.] eccetera.. Helix ožarovač má niekoľko výhod, ako napr.: už spomínanú kruhovú polarizáciu, jednoduchú konštrukciu a montáž. Pre jednoduchosť a mechanickú nenáročnosť som vybral helixový ožarovač – takže sme rozhodnutý: budeme používať stredovú parabolu (s priemerom podľa možnosti okolo 90 cm – väčší zisk…) a helixový ožarovač a k tomu priamo pripojený konvertor ako jeden konštrukčný celok.

Po získaní paraboly demontujeme všetky konštrukčné prvky, ktoré nebudeme používať – takže nám ostane iba holé parabolické zrkadlo. Urobíme vhodné uchytenie – každý to musí riešiť individuálne podľa možnosti. Jeden z možných riešení vidíte na obr. 2.:

1. dlhá skrutka minimálne M8
2. skrutky M4 – M5
3. krúžok z 3mm Al
4. otvory pre skrutky poz. 2.
5. ploché a pružné podložky
6. matica M8 pre skrutku poz. 1.
7. podložky a matice pre skrutky poz. 2.
8. otvor pre skrutku poz. 1. na parabole
9. otvory pre skrutky poz. 2. na parabole
10. protiváha

Odmeriame presný priemer a hĺbku, podľa čoho vypočítame ohnisko. – obr.3.
Použitý vzorec: F = D²/16un
kde D – je priemer paraboly
un – je hĺbka parabolického zrkadla v ose

Pri počítaní môžeme využiť rôzne články a publikácie, Per esempio. v RŽ 4/99 od Zdenka OK1DFC, [ 4.] eccetera.. Po vypočítaní ohniskovej vzdialenosti pustíme sa do vyhotovenia ožarovača.: najprv vypočítame priemer reflektora, žiariča a vzdialenosť medzi závitov. Používame vzorce:
Priemer reflektora R = 0,62 lambda
Vzdialenosť žiariča od reflektoru A = 3900/f [cm, MHz] alebo A = 0,13 lambda
Vzdialenosť medzi závitmi S = 7200/f [cm, MHz] alebo S = 0,24 lambda
Priemer žiariča D = 9300/f [cm, MHz ] alebo D = 0,31 lambda
Základné rozmery antény helix vidíte na obr.4 (su).

Ale keď sa nám nechce počítať, tak v literatúre (per esempio.. podľa OK2AQK, [ 5.] alebo G3RUH) alebo na Internete [ 6.] nájdeme už vypočítaný a popísaný helixový ožarovač. Taký ožarovač vidíte na obr. 5. Il massimo della modulazione della sottoportante è definito come l'ampiezza indicata dal numero. 6. vidíte hotový žiarič helixového ožarovača: materiál je Cu drôt priemeru 3 mm – ja som používal prídavný materiál na zváranie (priemer 3,15 mm) a to tak, že celú dĺžku (1 m) som navinul na tŕň vhodného priemeru. Počet závitov bude maximálne 4 a 5. Pri točení treba dávať pozor na zmysel otáčania: signál z družice má polarizáciu pravotočivú, – per esempio.. anténu helix by sme navinuli pravotočivo, ale u ožarovača musí byť opačná, vtedy ľavotočivá. Reflektor vyhotovíme z 2mm hrubého hliníkového plechu. Na reflektor vyvŕtame tri otvory posunutých od seba o 120 gradi – pre tri konzoly, ktoré budú držať ožarovač nad parabolickým zrkadlom – otvory pre držiace konzoly vyvŕtame aj na parabolické zrkadlo. Konzoly vyhotovíme z Al guľatiny 8 mm priemeru – odrežeme na potrebnú dĺžku (necháme 50 – 100 mm rezervu), narežeme závity M8, a zohneme podľa potreby. Vyhotovíme a namontujeme príchytky krytov konvertoru a ožarovača. Na reflektor vyvŕtame otvor pre konektor – individuálne podľa mechanických rozmerov konvertoru – pravdepodobne otvor nebude v geometrickom strede reflektoru. Typ konektoru na ožarovači volíme podľa toho, že aký máme konektor na konvertore: ja mám na konvertore N zásuvku (female), takže na ožarovač som montoval N zástrčku (maschio). Po upevnení konektoru na reflektor na stredný (živý) kontakt pricínujeme žiarič (Su strada). Samozrejme vhodným spôsobom sa postaráme o to, aby ani náhodou sa nedotýkal reflektoru (risp. neživej časti) – najlepší spôsob je vysústružiť vhodnú teflónovú vložku, ale keď na to nemáme možnosť, tak stačí navliecť PVC bužírku na Cu drôt. Potom skrutkovnicový žiarič nastavíme tak, aby stred bol v ose so stredom reflektoru. Žiarič zafixujeme v konektore vhodným lepidlom. Hotový ožarovač upevníme na parabolu (do ohniska podľa nášho výpočtu) a vyskúšame. To môže byť podľa použitého konvertoru individuálne, ale v mojom prípade to vyzeralo nasledovne: ako MF prijímač používam transceiver Yaesu FT 290R s rozsahom 144,0 a 148,0 MHz. Po pripojení konvertoru údaj na tcvr 144,0 MHz sa zhoduje so skutočným prijímaným kmitočtom 2400,0 MHz. Z kryštálového oscilátora 50,0 MHz (ktorý kúpite za pár korún, alebo získate zo starej počítačovej základnej dosky) som vyhotovil malý “beacon” podľa Obr. 7. 48. harmonická kryštálového oscilátora padne na kmitočet 2400,0 MHz, čo už viem prijímať. Keď anténku malého majáku priblížime k ožarovači na cca. 1 cm, tak na 2400,0 MHz (vtedy na tcvr 144,0 MHz), by sme mali počuť pískanie. [ 7.] Potom sa pokúsime o zachytenie signálu z družice. Po odskúšaní, keď je všetko v poriadku, tak môžeme pokračovať s povrchovou úpravou a s prichytením krytov. Na povrchovú úpravu je vhodný akrylový spray a ako kryt na zakrytie konvertoru je vhodná nádobka z umelej hmoty, alebo plechu (ja som použil prázdny obal od karosárskeho tmelu). Na zakrytie žiariča – ožarovača musíme použiť nádobku z umelej hmoty (PVC).

Mechanickú konštrukciu ožarovača vidíte na obr.8. :
1. kryt konvertora
2. gumený tesniaci krúžok
3. riflettore
4. kryt žiariča (z umelej hmoty)
5. žiarič
6. konvertor
7. otvory pre uchytenie
8. N konektor (alebo zástrčka)

Po zložení ožarovača všetko znovu prekontrolujeme a máme parabolu prichystanú na montáž.

Uchytenie antén – mechanická konštrukcia

Malý systém upevníme tak, aby sme mali možnosť experimentovať a aby napájacie káble boli čo najkratšie. Otáčanie môžeme riešiť jednoducho – ručne. Zdanlivý pohyb družice je pomalý, preto stačí, keď antény dosmerujeme po 1-1 gettare. Pre experimenty je tiež vhodný jednoduchý statív, alebo držiak pri okne. Moje riešenie je nasledovné: môj satelitný anténny systém je na streche s diaľkovým otáčaním AZ/EL, ale parabolu z viacerých príčin som nechcel namontovať hore (Quando vieni a tutti 30 m dlhý zvod, obmedzená možnosť experimentovania, eccetera.), preto som namontoval na okenný rám malý systém, ktorý môžem otáčať ručne v obidvoch rovinách. Malý systém sa skladá z antény 4 el Yagi pre 2m, a zo spomínaných antén 9 el Yagi na 70 cm a 1m paraboly na 13 cm. Táto malá sústava nájde uplatnenie pri práci cez družice FO-20 a FO-29, ale aj ako náhradný alebo druhý anténny systém.

Usporiadanie a mechanická konštrukcia sústavy je na obr.9.:
1. pozícia antény na 145 MHz
2. vodorovné rahno pre antény (otáča sa vertikálne v poz. 4. )
3. mechanizmus na zafixovanie rahna poz. 2.
4. prizvárané rúry v tvare T (otáča sa horizontálne v rúre poz. 7. )
5. pozícia paraboly na 2,4 GHz
6. pozícia antény na 435 MHz
7. oceľová rúra
8. mechanizmus na zafixovanie rúrok poz.4.
9. konzola (console) na uchytenie na stenu, risp. okenný rám

Toto riešenie je síce jednoduché, ale nie je ideálne: prevádzka cez družice je obmedzená len na úsek obletu, ktoré antény “vidia”.

Conclusione

Popísaný malý systém samozrejme nie je špičkou, ale na prvé kroky a dokonca aj na bežnú prevádzku postačí. e quando molti qui ti consigliano bene, že pre priemerného amatéra je ťažko dostupný aj SSB/CW vysielač s dostatočným výkonom na 70cm – o konvertore na 13 cm ani nehovorím, ale predsa sú možnosti na získanie jednoduchých, ale použiteľných zariadení – per esempio.. jednoduchý transvertor 2m/70cm, prerobené MMDS konvertory, eccetera.. Na miestny FM prevádzač, alebo na paketový nód síce sa dostaneme ľahšie ako na družicový transpondér, ale za vynaložené úsilie nás odškodnia pekné spojenia, ktoré sú skutočne zážitkom na pásmach UHF/SHF aj vtedy, keď vieme, že sú to spojenia len cez prevádzač vo vzdialenosti okolo 50 000 km od nás. Fotografie popísaných antén nájdete aj na mojich internetových stránkach: www.host.om7aq.sk o www.qsl.net/om7aq. Za spoluprácu a za pomoc ďakujem Zdenkovi OK1DFC.

Letteratura

[1] Karl Rothammel: Antennenbuch
[2] Antény DL6WU na 435 MHz, Výroba skladaného dipólu (Rádiožurnál 6/98)
[3] http://www.ultimatecharger.com/dish.html
[4] Zdeněk Samek, OK1DFC: Výpočet, návrh a konstrukce parabolických antén (Rádiožurnál 4/99)
[5] Miroslav Kasal, OK2AQK: Přijímač družicových signalu v pásmu S (Radio amatoriale 1995/1,2)
[6] http://www.g6lvb.com a http://www.moon-bounce.com/sband.html
[7] Satelliti amatoriali (Rádiožurnál 4/02) a web VE2ZAZ http://www3.sympatico.ca/b.zauhar/SigSourc/SigSourc.htm

Gyetvai Zoltán OM7AQ
gye@isternet.sk