Przeczytasz w artykule
Wstęp
Obecnie w eksploatacji jest już satelita AMSAT Oscar 40 (przed startem oznaczenie Phase 3D), który był największym projektem satelitarnym w historii satelitów radioamatorskich. Oscar 40 posiada tzw. transponder matrycowy, co oznacza, że można wybrać różne kombinacje łącza w górę (wejście) i łącza w dół (wyjście). Po kilku miesiącach działania okazuje się, że głównym trybem satelitarnym będzie US – uplink w paśmie U (435 MHz) i downlink w paśmie S (2,4 GHz). Większość aktywnych stacji również korzysta z tej kombinacji. Oprócz uplinku na częstotliwości 435 MHz dostępna jest także opcja w paśmie L (1296 MHz) i paśmie V (145 MHz) oraz downlink w paśmie K (24 GHz), jednak obecnie najbardziej aktywny jest tryb US. Dlatego zdecydowałem się zbudować stację dla tego moda. Parametry nadajnika satelitarnego satelity AO-40 pozwalają stacjom naziemnym na stosowanie anten o stosunkowo małych gabarytach.
W moim artykule opiszę proste anteny na pasmo 435 MHz, 9-elementową antenę nadawczą Yagi a dla anteny odbiorczej 2,4 GHz czasza ze spiralnym radiatorem. To ustawienie sprawdziło się również w praktyce. Z podobnych anten korzysta także wiele aktywnych stacji na całym świecie. W tym artykule nie chciałem szczegółowo opisywać całego systemu antenowego od A do Z, ale chciałem dać pomysły i inspirację do eksperymentów poprzez Oscara 40.
Antena nadawcza na 435 MHz
Wykonanie przeciętnie dobrej anteny na 435 MHz nie powinno sprawić problemu nawet dla radioamatora - początkującego. Do tego będziemy potrzebować materiału aluminiowego lub duraluminium, a także kilku podstawowych narzędzi (miernik, piła, pilniki, wiertarka, wiertła, imadło...). Dla tego pasma użyjemy 9-elementowej anteny Yagi o polaryzacji liniowej, zgodnie z książką antenową Karla Rothammela. [ 1.] Oczywiście jest to minimum, bardziej wymagające osoby mogą wykonać i używać dłuższe anteny. Najlepszym rozwiązaniem jest zastosowanie anten krzyżowych Yagi - jednak produkcja i użytkowanie (mocowanie, obracanie...) takich anten jest znacznie bardziej wymagające, dlatego na pierwsze próby wystarczy mniejsza antena - w naszym przypadku 9 elementów. Antenę widać na ryc. 1. – jego całkowita długość wynosi nieco ponad 1m, więc nie będzie problemu z zamocowaniem anteny za reflektorem. Jako rozpórkę stosujemy kwadratowy materiał duraluminiowy 20×20 mm lub rurę o średnicy 20 mm. Przecinamy wysięgnik tak, aby za reflektorem pozostał wystarczający zapas na zamocowanie anteny. Wszystkie elementy wykonane są z materiału o grubości 4-6 mm i montowane są na wysięgniku bez izolacji. Antena według oryginalnego źródła ma zysk 11,5 dB, stosunek przód-tył 19 dB, poziomy kąt promieniowania 44 stopnie i pionowy kąt promieniowania 48 stopni. Impedancja anteny wynosi 240 Ohm, dlatego do zasilania kablem koncentrycznym konieczne jest zastosowanie transformatora balunowego. Obliczenia, procedurę i sposób wykonania opisano w RŽ 6/98 [2.], a także w innej literaturze. Zamykamy punkt zasilania wodoszczelnie w plastikowym pudełku. Gotową antenę przetestujemy (przynajmniej SWR i inne jeśli to możliwe...).
Antena odbiorcza na 2,4 GHz
Wykonanie anteny na pasmo 2,4 GHz nie będzie już tak proste jak dla 70 cm. Pierwszym krokiem jest wybór odpowiedniej anteny do odbioru w tym paśmie. Gdy spojrzymy na to, co jest używane na świecie, wniosek jest jasny: większość stacji korzysta z anteny satelitarnej. Oprócz anten parabolicznych stosowane są również helisy, pętle, Yagi i ich modyfikacje. Jednak przy 2,4 GHz wymiary klasycznych anten Yagi i pętlowych są już na tyle małe, że ich konstrukcja jest trudna. Możliwa jest również spirala. Zależy nam jednak na antenie, która będzie miała wystarczający zysk i stosunkowo prostą konstrukcję mechaniczną. Taka antena będzie z pewnością anteną. Nie musimy mozolnie wykonywać w domu zwierciadła parabolicznego – do telewizji satelitarnej i MMDS można zastosować różne parabole o średnicy od 60 cm do 1 m. Dla uproszczenia będziemy pracować z anteną centralną – możliwe jest również zastosowanie anteny offsetowej, wiele stacji z niej korzysta. Starszą czaszę centralną o średnicy 90 cm i 1 m można kupić za kilkaset koron, jeśli mamy szczęście, nawet za mniej (cześć...). Ja używam naczynia o średnicy 1 m.
Drugą kwestią, którą musimy zbadać, jest naświetlacz. W literaturze można znaleźć opisy różnych naświetlaczy dla tego pasma. Osobiście wykonałem i wypróbowałem kilka typów i rozwiązań (wg DB6NT, DK1VC, OE9PMJ itp.). Mają jednak polaryzację liniową i są bardziej odpowiednie do normalnej pracy. Do pracy satelitarnej lepszy byłby sygnał o polaryzacji kołowej: u EME stacje to bardzo rozpowszechniony i popularny naświetlacz według VE4MA, a dla czeskich stacji EME (OK1DFC, OK1CA, OK1UWA) także zasilanie z przełącznikiem polaryzacji z przegrodą. Wielu amatorów wykorzystuje emiter helisowy w systemach satelitarnych. Istnieje kilka rozwiązań konstrukcyjnych, np. według G3RUH, G6LVB...etc. [ 3.] itd. Naświetlacz Helix ma kilka zalet, takich jak: wspomniana polaryzacja kołowa, prosta konstrukcja i montaż. Dla uproszczenia i prostoty mechanicznej wybrałem grzejnik spiralny - więc jesteśmy zdecydowani: zastosujemy parabolę centralną (o średnicy około 90 cm, jeśli to możliwe - większy zysk...) oraz grzejnik spiralny i bezpośrednio z nim połączony konwerter jako jedną jednostkę konstrukcyjną.
Po uzyskaniu paraboli demontujemy wszystkie elementy konstrukcyjne, których nie wykorzystamy - zostaje nam więc jedynie gołe zwierciadło paraboliczne. Dobierzemy odpowiednie dopasowanie – każdy musi sobie z tym poradzić indywidualnie, na ile to możliwe. Jedno z możliwych rozwiązań można zobaczyć na ryc. 2.:
1. długa śruba co najmniej M8
2. śruby M4 – M5
3. pierścień wykonany z Al. 3 mm
4. otwory na śruby poz. 2.
5. płaskie i elastyczne podkładki
6. Nakrętka M8 do śruby poz. 1.
7. podkładki i nakrętki do śrub poz. 2.
8. otwór na śrubę poz. 1. na paraboli
9. otwory na śruby poz. 2. na paraboli
10. przeciwwaga
Mierzymy dokładną średnicę i głębokość, według których obliczamy ognisko. – rys.3.
Stosowany wzór: F = D2/16a
gdzie D – jest średnicą paraboli
a – jest głębokością zwierciadła parabolicznego w osi
Do obliczeń możemy posłużyć się różnymi artykułami i publikacjami, np. w RŽ 4/99 Zdenka OK1DFC, [4.] itp. Po obliczeniu ogniskowej przystępujemy do wykonania oświetlacza: najpierw obliczamy średnicę odbłyśnika, oświetlacz i odległość pomiędzy gwintami. Używamy formuł:
Średnica odbłyśnika R = 0,62 lambda
Odległość emitera od reflektora A = 3900/f [cm, MHz] lub A = 0,13 lambda
Odległość między zwojami S = 7200/f [cm, MHz] lub S = 0,24 lambda
Średnica emitera D = 9300/f [cm, MHz ] lub D = 0,31 lambda
Podstawowe wymiary anteny spiralnej można zobaczyć na rys. 4 (powyżej).
Jeśli jednak nie chcemy zajmować się matematyką, obliczony i opisany naświetlacz helisowy możemy znaleźć w literaturze (np. według OK2AQK, [5.] lub G3RUH) lub w Internecie [6.]. Taki naświetlacz można zobaczyć na ryc. 5. Na ryc. 6. widać gotowy emiter naświetlacza spiralnego: materiał to drut Cu o średnicy 3 mm - do spawania użyłem dodatkowego materiału (średnica 3,15 mm) nawijając całą długość (1 m) na trzpień o odpowiedniej średnicy. Liczba zwojów będzie wynosić maksymalnie 4 do 5. Podczas wirowania należy zwrócić uwagę na kierunek obrotu: sygnał z satelity ma polaryzację zgodną z ruchem wskazówek zegara, - np. 2,5 m. owinęlibyśmy antenę śrubową w prawo, ale w przypadku naświetlacza musi być odwrotnie, czyli w lewo. Odbłyśnik wykonamy z blachy aluminiowej o grubości 2 mm. W reflektorze wywiercimy trzy otwory, przesunięte względem siebie o 120 stopni - dla trzech wsporników, które utrzymają grzejnik nad zwierciadłem parabolicznym - wywiercimy również otwory pod wsporniki mocujące zwierciadło paraboliczne. Wsporniki wykonamy z bali aluminiowych o średnicy 8 mm - przycinamy je na wymaganą długość (zostaw margines 50-100 mm), wycinamy gwinty M8 i zaginamy je według potrzeb. Wykonamy i zamontujemy klipsy do osłon konwertera i naświetlacza. Na odbłyśniku wiercimy otwór pod złącze - indywidualnie według wymiarów mechanicznych przetwornika - prawdopodobnie otwór nie będzie w geometrycznym środku odbłyśnika. Rodzaj złącza na naświetlaczu wybieramy w zależności od tego, jakie złącze mamy na konwerterze: Mam na konwerterze gniazdo N (żeńskie), więc zamontowałem wtyk N (męski) na naświetlaczu. Po zamocowaniu złącza na reflektorze do styku środkowego (pod napięciem) ocynuj emiter (przewód Cu). Oczywiście zadbamy o to, aby przypadkowo nie dotknął on odbłyśnika (lub części nieożywionej) - najlepiej jest przekręcić odpowiednią wkładkę teflonową, ale jeśli nie mamy takiej możliwości, wystarczy nawlec rurkę PCV na drut Cu. Następnie ustawiamy grzejnik spiralny tak, aby jego środek pokrywał się ze środkiem reflektora. Mocujemy grzejnik w złączu za pomocą odpowiedniego kleju. Gotowy naświetlacz mocujemy na paraboli (w ognisku według naszych obliczeń) i wypróbowujemy. Może to być indywidualne w zależności od zastosowanego konwertera, ale w moim przypadku wyglądało to tak: jako odbiornik MF używam transceivera Yaesu FT 290R o zakresie 144,0 do 148,0 MHz. Po podłączeniu danych konwertera do TCVR 144,0 MHz odpowiada faktycznie odbieranej częstotliwości 2400,0 MHz. Zrobiłem małą „latarnię” z oscylatora kwarcowego 50,0 MHz (który można kupić za kilka koron lub dostać ze starej płyty głównej komputera) według rys. 7. 48. harmoniczna oscylatora kwarcowego przypada na częstotliwość 2400,0 MHz, którą już mogę odbierać. Kiedy antena małej latarni morskiej zostanie zbliżona do naświetlacza w odległości ok. 1 cm, więc przy 2400,0 MHz (wówczas na tcvr 144,0 MHz) powinniśmy usłyszeć gwizdek. [ 7.] Następnie spróbujemy przechwycić sygnał z satelity. Po teście, gdy wszystko jest w porządku, możemy przystąpić do obróbki powierzchni i mocowania osłon. Do obróbki powierzchni nadaje się spray akrylowy, a jako pokrywka do przykrycia konwertera nadaje się pojemnik wykonany z tworzywa sztucznego lub blachy (użyłem pustego pojemnika po uszczelniaczu karoserii). Do przykrycia emitera – naświetlacza musimy zastosować pojemnik wykonany z tworzywa sztucznego (PVC).
Budowę mechaniczną naświetlacza można zobaczyć na rys. 8.:
1. pokrywa konwertera
2. gumowy pierścień uszczelniający
3. reflektor
4. osłona chłodnicy (wykonana z tworzywa sztucznego)
5. emiter
6. konwerter
7. otwory montażowe
8. Złącze N (lub wtyczka)
Po zmontowaniu naświetlacza sprawdzamy wszystko jeszcze raz i mamy antenę gotową do montażu.
Montaż anten - konstrukcja mechaniczna
Mały system zamontujemy tak, abyśmy mieli możliwość eksperymentowania, a kable zasilające były jak najkrótsze. Obrót możemy rozwiązać w prosty sposób – ręcznie. Pozorny ruch satelity jest powolny, dlatego wystarczy skierować anteny po 1-1 godzinie. Do eksperymentów nadaje się również prosty statyw lub uchwyt przy oknie. Moje rozwiązanie jest następujące: moja antena satelitarna jest na dachu ze zdalnym obrotem AZ/EL, ale z kilku powodów nie chciałem montować anteny do góry (rura spustowa o długości ponad 30 m, ograniczone możliwości eksperymentowania itp.), więc zamontowałem na ramie okna mały system, który mogę ręcznie obracać w obu płaszczyznach. Mały system składa się z anteny 4 el Yagi na 2 m oraz wspomnianych wcześniej anten 9 el Yagi na 70 cm i paraboli 1 m na 13 cm. Ten niewielki system znajdzie zastosowanie podczas pracy poprzez satelity FO-20 i FO-29, ale także jako zapasowy lub drugi system antenowy.
Rozmieszczenie i konstrukcję mechaniczną układu przedstawiono na rys. 9:
1. pozycja anteny na 145 MHz
2. wysięgnik poziomy do anten (obraca się w pionie w poz. 4. )
3. mechanizm mocowania poz. wysięgnika. 2.
4. Rury spawane w kształcie litery T (obraca się poziomo w rurze poz. 7)
5. położenie czaszy na 2,4 GHz
6. pozycja anteny na 435 MHz
7. rura stalowa
8. mechanizm mocowania rur poz. 4.
9. wspornik(i) do montażu na ścianie lub ramie okna
Choć to rozwiązanie jest proste, nie jest idealne: działanie poprzez satelity ogranicza się tylko do tej części orbity, którą „widzą” anteny.
Wniosek
Oczywiście opisywany mały system nie jest najlepszy, ale na pierwsze kroki i nawet do normalnej pracy wystarczy. Wiem, że nawet nadajnik SSB/CW o wystarczającej mocy na 70cm jest trudny do zdobycia dla przeciętnego amatora - nawet nie mówię o konwerterze na 13cm, ale wciąż są możliwości zdobycia prostych, ale użytecznych urządzeń - np. prosty transwerter 2m/70cm, konwertery MMDS itp. Łatwiej dostać się do lokalnego konwertera FM lub węzła pakietowego niż do transpondera satelitarnego, ale wysiłek zostanie zrekompensowany ładnymi łączami, które na pasmach UHF/SHF są naprawdę przeżyciem nawet wtedy, gdy wiemy, że są one połączone tylko przez konwerter w odległości około 50 000 km od nas. Zdjęcia opisywanych anten znajdziesz także na mojej stronie: www.host.om7aq.sk Lub www.QSL.net/om7aq. Dziękuję Zdenkowi OK1DFC za współpracę i pomoc.
Literatura
[1] Karl Rothammel: Antennenbuch
[2] Anteny DL6WU na 435 MHz, Produkcja dipola składanego (Dziennik Radiowy 6/98)
[3] http://www.ultimatecharger.com/dish.html
[4] Zdeněk Samek, OK1DFC: Obliczanie, projektowanie i budowa anten parabolicznych (Dziennik Radiowy 4/99)
[5] Miroslav Kasal, OK2AQK: Odbiornik sygnałów satelitarnych w paśmie S (Amatérske rádio 1995/1,2)
[6] http://www.g6lvb.com a http://www.moon-bounce.com/sband.html
[7] Satelity amatorskie (Radiojournal 4/02) i strona internetowa VE2ZAZ http://www3.sympatico.ca/b.zauhar/SigSourc/SigSourc.htm
Gyetvai Zoltán OM7AQ
gye@isternet.sk