|
EME na vyšších pásmech, Sam Jewell, G4DDK a
John Worsnop, G4BAO - editovaný automatizovaný
překlad článku Úvod Nad amatérským rádiovým 144MHz pásmem je nižší šum, což znamená, že EME provoz tam nabírá jiný charakter. Nízký šum oblohy (teplota šumu) znamená, že lze slyšet velmi slabé signály proti šumu v pozadí, který by jinak byl zaplaven galaktickým a člověkem vytvářeným šumem na 144 MHz a níže. Citlivé přijímače využívající zesilovače s velmi nízkým šumem (LNA) jsou dokonce schopny detekovat „šum“ z Měsíce. Jelikož je „radiátorem černého těla“ při fyzické teplotě mezi 200 a 240°K, v závislosti na fázi Měsíce lze jeho šumovou teplotu snadno zjistit proti mnohem nižší teplotě oblohy na pozadí 2,7°K. To je možné pouze tehdy, když je šířka paprsku přijímací antény malá a šumová teplota LNA je velmi nízká. V praxi je velmi obtížné detekovat měsíční šum na 432 MHz s anténou „amatérské velikosti“, ale na 1296 MHz a více se stává stále snadnější až do 10 GHz v čistě amatérských rádiových prostředcích. Atmosférické plyny nad 10 GHz přispívají hlukem v důsledku absorpce a opět je stále obtížnější detekovat měsíční šum. Frekvenční rozsah mezi 1 GHz a 10 GHz je obecně známý jako okno s nízkým šumem v mikrovlnné oblasti kvůli převládající nízké teplotě šumu oblohy. Mezi těmito kmitočtovými limity je pět amatérských rádiových pásem a všichni je využívají nadšenci EME k navazování kontaktů DX EME. 432MHz také vykazuje nízký šum oblohy, ale je stále vyšší než pět 'mikrovlnných pásem'. Právě tato schopnost detekuje slabé signály proti nízkému šumu oblohy, díky kterému jsou mikrovlnná pásma přitažlivá pro mnoho nadšenců EME. Není rozhodující, že operátor EME je schopen detekovat měsíční šum s výjimkou vyšších z těchto pásem, pouze to, že jeho schopnost ukazuje, že přijímací systém pracuje podle očekávání. Detekce měsíčního šumu na 1296 MHz není nezbytná a obvykle je možná pouze u větších antén. Všimněte si, že jsem řekl, že šířka paprsku antény musí být malá, aby bylo možné detekovat měsíční šum. Co když šířka paprsku není úzká? Pak anténa uvidí více studené oblohy než „teplý“ měsíc. To také znamená, že signály odrážené od Měsíce budou slabší, protože Měsíc vyplní méně clony, která je přijímací anténou. V ideálním případě bude šířka paprsku přijímací antény přesně stejná jako šířka paprsku, který měsíc dopadá na povrch Země (přibližně 0,5 °). Jak však můžete očekávat, není to až tak jednoduché. Jako radio operátoři máme zájem dosáhnout dostatečného poměru signál / šum (SNR), aby mohli komunikovat. Signální část je poskytována odraženým signálem a čím více energie je nasměrována na Měsíc, tím větší je odražený signál přijatý zpět na Zemi. Šumová část rovnice je celkový šumový příspěvek z několika zdrojů. Celkový šumový výkon je dán vztahem (viz originální článek) https://wiki.microwavers.org.uk/Microwave_EME Šířka pásma přijímače je šířka pásma šumu, pre-detektor, a bude záviset na modulačním režimu, který má být přijat. tj. 2,5 kHz pro SSB, ~ 200 Hz pro CW a několik Hz pro některé digitální režimy. Abychom mohli zlepšit SNR, musíme o něco snížit na straně šumové energie rovnice, pokud nemůžeme zvýšit vysílací výkon. Ke snížení Boltzmannovy konstanty nelze udělat mnoho a šířka pásma je nastavena používaným režimem modulace. To nám umožňuje snižovat celkový šum systému, abychom dosáhli lepší SNR. Teplota oblohy je již tak nízká, jak můžeme očekávat (po velkém třesku a 14 miliardách let!). Teplota šumu antény je něco, s čím můžeme něco udělat, a je předmětem mnoha návrhů a optimalizací antén. Podobně teplota šumu přijímače je také něco, s čím můžeme něco udělat. Moderní technologie Gallium Arsenide FET (GaAs FET) se za posledních dvacet až třicet let hodně vyvinula. Varianty na jednoduchém GaAs FET, jako je tranzistor s vysokou elektronovou mobilitou (HEMT), umožnily návrhům LNA dosáhnout až 14°K při pokojové teplotě (bez chlazení) a 20°K LNA jsou již relativně levné. Kde to opouští EME operátora? Díky anténám antény nebo yagi, HEMT LNA a dostupným polovodičovým nebo elektronkovým zesilovačům o výkonu 100 W až 500 W existuje v současné době mnoho stovek EME stanic provozovaných na 1296 MHz pomocí SSB, CW nebo digitálních modů (JT65C). Počet provozovaných stanic ve středních pásmech 2,3, 3,4 a 5,7 GHz je o něco nižší a důvody jsou uvedeny dále v této kapitole. 10GHz se v poslední době stalo velmi populárním pásmem, hlavně proto, že bylo prokázáno, že je možné navrhnout malý, ale účinný systém, který lze použít z domova nebo z přenosných míst. Úspěchy těch EME amatérů, kteří používají malé systémy, jsou pozoruhodné a zdá se, že se v budoucnu stanou ještě populárnějšími. Následující oddíly této kapitoly se věnují vybavení a technikám, jakož i poskytují pokyny pro provoz v mikrovlnných EME pásmech do 10GHz. 1296 MHz (23 cm) a 2300 MHz - 2400 MHz (13 cm) První úspěšné amatérské rádiové kontakty EME se odehrály ne na VHF, ale na 1296 MHz už v roce 1960. Pásmo 1,3 GHz je bezpochyby nejoblíbenějším pásmem EME nad 144 MHz. Toto je pravděpodobně těsně následované 10 GHz a pak 2,3 GHz. Možné důvody tohoto budou popsány dále v této kapitole. Aktivita na 3,4 a 5,7 GHz bývá omezena na soutěže a víkendy aktivity (AW). Protože techniky používané pro 1296 a 2300 MHz jsou velmi podobné, má smysl pro účely této knihy je seskupit. Tam, kde se liší 2300 MHz, je to, že neexistuje společné přidělování EME ve všech regionech světa z důvodu odlišných požadavků na mobilní rádiové spektrum. Následující tabulka ukazuje průměrný útlum EME pro tři pásma. Průměrná ztráta pásma dB 1,3 GHz 271,1 2,3 GHz 276,1 10GHz 288,9 1,3 GHz (23 cm) 1,3 GHz je zdaleka nejpopulárnější mikrovlnné EME pásmo. Převážná většina provozu EME probíhá mezi 1296.000 MHz a 1296,100 MHz, přičemž CW inklinuje k obsazení spodního konce tohoto subpásma a digitální režimy na horním konci. SSB není tak běžné (s výjimkou mezi většími stanicemi a během soutěže DUBUS SSB, kde má tendenci být směsí SSB a CW v křížovém režimu QSO). Kruhová polarizace se používá téměř vždy, ačkoli velkou přitažlivostí pro začátečníky k mikrovlnnému EME může být schopnost vytvořit digitální (JT65C nebo JT4) QSO s středními a velkými stanicemi pomocí jediné Yagi s vysokým ziskem a 50 až 100 wattů vysokofrekvenčního výkonu. Zisk odrazu od Země na těchto pásmech prakticky neexistuje, takže je žádoucí použít výše umístěné antény. Několik kruhových antén může být fázováno za účelem kruhové polarizace, ale to představuje nežádoucí ztráty fázovacího vedení, takže stanice vybavené Yagi mají tendenci používat lineární polarizaci a přijmout ztrátu 3dB při práci s kruhově polarizovanými protistanicemi. V praxi je obvykle dostatečné rozpětí při práci se stanicemi vybavenými středními a velkými parabolami, takže nesoulad polarizace není velkým problémem. Lze také použít více polí yagi, ale je třeba postupovat opatrně, aby se nadměrná ztráta kombinovala na minimum. Jedna dlouhá Yagi často překoná soustavu více antén. U jediného systému yagi lze předzesilovač na stožáru umístit co nejblíže k napájecímu bodu antény, aby se minimalizovaly ztráty, a tím se udržovala nízká hladina šumu. Zdá se, že dlouhé helixové antény nabízejí řešení problému kruhové polarizace. Signál odražený od Měsíce nebo jiného předmětu před anténou bude trpět obrácením fáze (polarita). To znamená, že šroubovice musí být vybavena pro pravou i levou kruhovou polarizaci. Přidaná komplikace při tom často nestojí za námahu. Při použití malé (~ 2 metru) paraboly jsou možné CW QSO také s většími stanicemi a pomocí vodopádových displejů lze detekovat vlastní odrazy. JT QSO byly udělána i s parabolami okolo 1,2 metru. Velikost antény 3 metry a více a 100 nebo více wattů vám umožní slyšet vaše vlastní ozvěny a snadno vytvářet CW QSO. U některých větších stanic budou možné i SSB QSO. Malé parabolické antény se obtížněji ozařují bez přezáření a postranních laloků. Jak jste si již přečetli, to způsobuje, že anténa je ve skutečnosti horší, než by s ohledem na průměr mohla být a šum systému je horší. Důsledkem toho je, že stanice QRO s malou parabolou bude mít tendenci být „aligátory“, tj. Jsou slyšeny spíše lépe než slyší samy. To lze zmírnit pečlivou optimalizací posuvu, aby se minimalizovalo přezáření zrcadla a boční laloky. Praktické 1,3 GHz EME systémy Holý systém minimálního 1,3 GHz potřebný k vytvoření JT QSO (jak používali Camb-Hams z ostrova Lewis v roce 2014) je zobrazen na obrázku 1. Sestával z TS2000X se vzdáleným PA a předzesilovačem na stožáru. Použitou anténou byla jediná 55 element Yagi s rotátorem AZEL. Při zpětném pohledu má anténa Tonna 55 špatný vzor postranních laloků (a tudíž vyšší šum, než něco jako 67 element Wimo nebo Powabeam). Přestože se takový systém nedoporučuje pro trvalou instalaci, je velmi dobrým způsobem vyřazení malého systému EME pro prázdninový provoz na 1,3 GHz a navázání několika QSO. Pro trvalejší a CW provozu schopný systém k použití z domova by měla být použita parabola s minimální velikostí 2,5 až 3 metry a správný kruhově polarizovaný ozařovač. Jediným rozdílem v tomto systému je způsob konfigurace anténního zařízení. Opět se používají samostatné napáječe TX a RX, ale tentokrát je jeden připojen k levému ručnímu kruhovému polarizačnímu napájecímu portu pro RX a druhý ke pravému kruhovému napájecímu portu pro TX. Pamatujte, že smysl polarizace se při odrazu Měsíce obrátí, což znamená, že „stoupá pravotočivá polarizace, sestupuje levotočivá“ Protože tyto dva porty jsou součástí stejného napájecího systému, existuje mezi nimi mnohem menší izolace; obvykle jen 26 dB pro dobře vyrobený ozařovač rotační polarizace ve srovnání s 80 dB pro dobré anténní relé. Při izolaci pouze 26 dB mezi vysílacími a přijímacími porty bude 400Watts při přenosu produkovat 1 Watt OUT přijímacího portu a zničí veškerý předzesilovač, který je k němu připojen. Přestože není vyžadováno žádné vysokovýkonné přepínací relé TX RX, musí být během přenosu použito relé k oddělení přijímacího portu. Tato konfigurace je znázorněna na obrázku 1, obrázek 2. Během přenosu relé odpojí vstup do předzesilovače od napájecího portu a ukončí jej v 50 ohmech. Koaxiální relé může být pouze pro nízký výkon, protože vše, co musí udělat, je izolovat a ukončit vstup předzesilovače během přenosu, udržet veškerý napájecí přenosový výkon mimo citlivého vstupu LNA. 2,3 GHz (13 cm) Charakteristiky 2,3GHz EME jsou velmi podobné 23cm. Návrh systému je v zásadě stejný, až na to, že Yagin se v tomto pásmu používá jen zřídka, protože je obtížnější je sestavit a optimalizovat. Zkombinujte to s faktem, že akceptovaná polarizace je kruhová, paraboly se tak stávají jedinou rozumnou možností. Na základě výpočtů s EMECalc VK3UM a dostupnosti levných nadbytečných vysoce výkonných polovodičových zesilovačů je pásmo 2,3 GHz pravděpodobně nejlepším výsledkem s velmi malým (ultralehkým) systémem, jako je 1,5 m parabola, šumová hodnota předzesilovače 0,35 dB a výkon TX 100 až 200 Wattů. Navzdory tomu je 13 cm stále méně populární pásmem, než by se dalo očekávat pouze na základě technických omezení a aktivita bývá mnohem nižší než na 23 cm. Zdá se, že hlavním důvodem je „zlomené“ rozdělení pásma po celém světě. Crossband provoz Dostupné pásmo 13 cm není konzistentní. Tabulka 1 Celosvětové alokace pásem 13 cm používané pro EME ukazují různé alokace 13 cm používané po celém světě. Díky tomu je zařízení i obsluha o něco složitější v tom, že je zapotřebí prostředků k poslechu na jiné frekvenci, než na kterou máte licenci k přenosu. Pro práci v některých zemích je nutná určitá forma křížového provozu Tabulka 1 Celosvětové alokace pásem 13 cm používané pro EME Umístění využití 13cm pásma EME (MHz) UK 2320 - 2320,15 a 2301,9 - 2302 (podle NoV) USA 2304-2304.1 Austrálie 2301,9 - 2302 Většina Evropy 2320-2320,15 (a 2304-2304,1 v některých zemích) Japonsko 2400,0 - 2405 a 2424 * V Japonsku bylo 13cm EME poprvé licencováno v roce 1993 pro JA4BLC. Pásmo bylo pak 2424,0-2424,5. V lednu 2015 povolil poštovní úřad v Japonsku provoz 2400-2405 pro amatéry pro EME a všichni japonští "emisté" se přestěhovali na 2400. Segment 2424.0-2424.5 je stále povolen, ale těžce trpí na QRM z Wi-Fi. Proto je veškerý japonský provoz na 2400 - 2405MHz. Z Evropy je přijímána praxe pro pracovní stanice v USA na 2304 MHz prostřednictvím „cross-band“. Evropané volají na 2320 xxx MHz a poslouchají stanice, které jsou o 16 MHz nižší než jejich frekvence 2320 MHz. Toho lze dosáhnout použitím převodníku 2320 až 144 MHz se samostatným převodníkem pro příjem 128 MHz pro příjem na frekvenci 2304 MHz. Voláním „CQ dolů“ nebo oznámením na chatu, který hledáte na 2320.X MHz, se stanice USA dozví, že by měl vysílat na 2304.xxx MHz po úpravě na Doppler. Podobný přístup lze použít pro práci Japonska se samostatným 2424 MHz. Převodník příjmu. Držitelé NoV ve Velké Británii 2300 MHz mohou pracovat Australani přímo v jejich pásmu. Systémové inženýrství pro pásma GHz EME Optimalizace ozařovačů Bude doplněno Nízkošumové zesilovače a ztráty S EME nad 1 GHz se musíme dívat na antény poněkud odlišným způsobem. Nejprve si musíme připomenout, že šumový výkon vyzařovaný „horkým tělem“ (v našem případě to, na co se anténa dívá) je dán kTB Watty, kde k je Boltzmannova konstanta, T je jeho teplota v Kelvinu (na „stupně Kelvina!“) a B je šířka pásma měření šumu v Hz. V pozemských systémech vaše anténa ukazuje na obzoru, takže se dívá na nějakou kombinaci „studené“ oblohy kolem 10 K a země, stromy a domy na 290 K. Typicky pro 1,3 a 2,3 GHz to bude celkem kolem 170 K. Zvýšení antény nad horizontem bude znamenat, že se jen díváme na „studenou“ oblohu při 10 K, takže dojde k teoretickému snížení příjmu šumu o 10log (10/170) nebo 12dB. Porovnejte pohled na studenou oblohu s pohledem na JUST zem na 270°K a snížení hluku bude 14 dB. Tato čísla nezohledňují dva faktory: Konstantní šum přidávaný přijímačem a jakékoli zadní nebo boční laloky antény. Tyto dva faktory přispějí ke zvýšení této teploty a tím ke snížení rozdílu mezi zemí a studenou oblohou měřenou anténou. Oba tyto faktory jsou pod naší kontrolou. Můžeme použít návrhy zesilovačů s nízkým šumem k minimalizaci šumového příspěvku přijímače a můžeme navrhnout naše anténní systémy tak, aby měly „čisté“ laloky vyzařování s velmi nízkými postranními laloky. Vliv horizontu proti studené obloze na citlivost systému a výsledky jsou shrnuty v tabulce 2 níže. Tabulka 2 Příklad rozdílu v citlivosti mezi zvýšenými a horizontálními systémy Anténa ukazuje na RX šumová hodnota (dB) Systém NF (dB) Citlivost systému (dBm) Horizont (170 K) 0,81 2,62 -154 Studená obloha (10 K) 0,81 1,06 - 158,8 Na těchto výsledcích jsou zajímavé dvě věci. U stejného šumu přijímače je celkový šum systému (včetně antény) degradován teplotou antény a zlepšení celkového šumu systému přibližně o 1,5 dB zlepšuje vaši citlivost téměř o 5 dB. Podobně malé ztráty mezi anténou a předzesilovačem drasticky snižují citlivost vašeho systému. To vysvětluje, proč jsou mikrovlnné EME systémy a antény optimalizovány, nikoli pro maximální zisk, ale pro minimální postranní laloky a tím i šumovou teplotu. V případě Yagi antén to znamená zlepšení předozadního poměru a co největší potlačení postranních laloků pečlivým návrhem a samozřejmě umístěním předzesilovače co nejblíže k napájecímu bodu antény. Pro parabolu jde především o to, aby ozařovač ozářil (celé) zrcadlo, ale minimalizovalo se přezařování - zejména tam, kde by ozařovač "viděl" na horkou zem za parabolou a samozřejmě namontovat předzesilovač co nejblíže k ozařovači. Systémy sledování Měsíce Bude doplněno Výkonové zesilovače - zvažování: Na 23 cm a v menší míře i na 13 cm se stále používají elektronkové PA. Avšak v posledních letech získal přechod na polovodičové zesilovače hodně síly. Elektronkové PA jsou ale asi stále upřednostňovaným způsobem, jak generovat výkony vyšší než 1000 W na 23cm, přičemž populární série TH elektronek se používá v řadě modifikovaných zesilovačů bývalého televizního vysílače na 23 cm. Některé ruské elektronky byly také použity s dobrým efektem tam, kde jsou vyžadovány tyto vyšší výkony. (např. GS23b pozn.red.) Polovodičové výkonové zesilovače s výstupy v pásmu 23 cm až do asi 1 000 W jsou již k dispozici jako soupravy i vestavěné jednotky. Nejoblíbenější designy souprav jsou v současné době ty od W6PQL a PE1RKI se zabudovanými zesilovači, které jsou k dispozici od Kuhne Electronic, Beko a také SM4DHN. V mnoha případech je zesilovač k dispozici jako modul a vyžaduje řídicí desku, aby se zajistilo, že není přetížen, a je chráněn před přehřátím a problémy s anténou způsobující vysoké SWR. Kromě toho použití sekvencování zajišťuje, že zesilovač není aktivován, dokud není předzesilovač spolehlivě odpojen od antény. Doporučuje se populární ovládací deska W6PQL https://www.w6pql.com/amplifier_control_board.htm. Alespoň jeden výrobce kompletních výkonových zesilovačů používá řídicí desku W6PQL ve svém vlastním produktu. Rozhodně vysoká chvála!
Obrázek: P1000617.JPG Modul PA 1900 MHz upravený G4BAO na 13 cm Jedním z užitečných vedlejších účinků rychlého rozšíření v mobilní komunikaci je dostupnost nadbytečných výkonových zesilovačů (200 W +) vhodných pro použití v amatérských alokacích 2300 MHz - 2320 MHz. Tyto zesilovače původně sloužily jako vícekanálové výkonové zesilovače základnové stanice v alokaci „3G“ 2100–2170 MHz Hz. Vzhledem k tomu, že zesilovače byly vícekanálové, měly jmenovitý výkon asi 30 W. Protože však základnová stanice kombinovala několik samostatných nosných, hodnocení špičkového výkonu obálky (PEP) často překračovalo 200 W. Většina zesilovačů vyžadovala některé drobné modifikace, ale obvykle pouze v řízení nebo napájení. Amatérské použití často znamenalo, že hodnocení výrobců bylo zneužíváno a ochranné obvody by neumožnily více než několik sekund výkonu na 200 W. Vypnutí ochranných obvodů ale jen zřídka způsobilo problémy, pokud byl do chladiče zesilovače vháněn dostatečný chladicí vzduch. Dalšími možnými problémy je použití nevyhnutelného izolátoru na výstupu zesilovače. Většina testerů se zdala být docela spokojená se zvýšenou úrovní výkonu, ale několik z nich selhalo a vyžadovalo nahrazení izolátorem s vyšším výkonem nebo jeho úplné odstranění. Někdy bylo vidět, že výstupní desky PCB shoří, a také je třeba je vyměnit. Obvykle ty s krátkým koaxiálním spojením. Pro velmi nízké náklady na tyto vyřazené zesilovače jsou výhodné a často stojí za to kombinovat je v párech pro ještě vyšší výkon. Lze očekávat, že 250W zesilovač připojený blízko napájecího bodu paraboly o průměru 2 m bude produkovat slyšitelné měsíční ozvěny. Pravděpodobně je však po většinu času nutná pozornost na účinnost ozáření parabolického zrcadla a dbát na předzesilovač s nejnižším šumem. Výkonové zesilovače 9cm a 6cm V těchto kmitočtových pásmech byla dříve volba zaměřena na TWTA (Traveling Wave Tube Amplifier), ale nyní jsou již polovodiče solidní stav mnohem dostupnější s překvapivým počtem GaAs FET a GAN zesilovačů, které se objevily na výprodejním trhu v posledních několika letech. Ty jsou obvykle schopné výkonu 50 až 100 W a mohou být často kombinovány pro ještě větší výkon. Snad nejznámějším výkonovým zesilovačem GaAs FET je UM2683B vyráběný společností Toshiba. DL7YC má podrobné mody pro tuto jednotku. Soubor: DL7YC-3400.pdf Jsou dimenzovány na výkon 40W-50W a mají extrémně vysoký zisk, díky čemuž jsou vhodné pro montáž v blízkosti parabolické antény, ale napájené z měniče umístěného v shacku. Ztráta spojovacího koaxiálního kabelu může být často tolerována nízkým požadavkem na napájení PA. Bohužel, standardně mají tyto zesilovače Toshiba poměrně malou energetickou účinnost a odebírají značně velké množství proudu (~ 18A při 12,6 V), což by z důvodu vysokého rozptylu tepla mohlo ztěžovat jejich chlazení. Chladicí ventilátory jsou obvykle nezbytné. Lze je také upravit tak, aby se snížil klidový proud. Na výprodejním trhu se často nacházejí i polovodičové zesilovače pro pásmo 6 cm. Ty jsou obvykle relativně nízkého výkonu výkonu s 10W až 15w. Výkonnější výkonové zesilovače jsou příležitostně vidět na trhu s přebytky, ale je také možné kombinovat dva nebo více zesilovačů s nižším výkonem. TWTA se často používají tam, kde je vyžadováno použití vyššího výkonu nebo více pásem. TWTA s vyšším výkonem používají velmi vysoké napětí šroubovice a pokud nevíte, co děláte, je vhodné se jim vyhnout.
Znovu je lze nalézt na výprodejním trhu, ale obecně jsou ty polovodičové v nejlepším případě omezeny na 10 - 20 W. TWT, jako je RW1127, ale může být vyrobena tak, aby fungovala na 10 i na 24 GHz. Soubor: dl7yc_man_twta_modifications.pdf TWTA dodávající až 300 W výkonu lze také nalézt na výprodejním trhu, ale výkony 20 až 50 W jsou pravděpodobnější, pokud se někdo nechce rozloučit s jeho výkonově mohutnějším výkonovým zesilovačem. U těchto zesilovačů platí stejné komentáře týkající se péče o vysoké napětí. obrázek RW1127.jpg 14GHz RW1127 TWT modifikovaný G4NNS pro 24GHz
Generování jakéhokoli významného výkonu stojí peníze. Je škoda plýtvat jakoukoli energií při koaxiálních ztrátách napáječe. V závislosti na tom, jak daleko je parabola od hamshacku, může být praktické lokalizovat PA uvnitř hamshacku a anténu připojit pomocí koaxiálního kabelu s nízkou ztrátou. Pro takový napaječ by měl být použit co největší kabel, který by měl být v souladu s maximální frekvencí kabelu. Je-li použit kabel s nízkou ztrátou, mohou být uvnitř zesilovače umístěny výkonové zesilovače 1296 MHz, 2300 MHz a 3400 MHz. Obecně je lepší namontovat zesilovač 5760MHz a 10368MHz blízko ozařovače paraboly, protože koaxiální ztráty mohou rychle spotřebovat hodnotný výkon. Koaxiální kabel Heliax®, jako je LDF5-50 nebo dokonce 7-50, lze použít na spodních třech mikrovlnných pásmech, ale protože tyto kabely nelze otáčet společně s parabolickou anténou, pokud nejsou přijata zvláštní opatření, jako jsou rotační koaxiální klouby, je obvyklejší používat „flexibilní“ kabel, jako je FSJ4-50 nebo LMR400UF®, pro závěrečnou část vedení. Od velkého držáku parabolické antény k přívodnímu bodu, kolem okraje zrcadla, může být značná vzdálenost a měla by se brát v úvahu. Názory se liší v tom, zda je lepší vést koaxiální kabel středem zrcadla, přímo do ozařovače nebo směrovat spíše přes okraj. Nebezpečí přímého vedení kabelem spočívá v tom, že zavádí možnost rozptylového odrazu zemního šumu do ozařovače. Kabel kolem okraje zrcadla a poté vedený podél jedné z podávacích podpěr má výhodu v tom, že jakýkoli odraz bude nižší, protože odraz se objeví směrem k okraji parabolického zrcadla, kde je úroveň ozáření nižší. Montáž výkonového zasilovače poblíže ozařovače, jako například v „kleci“ dle obrázku, bezpochyby umožňuje mnohem nižší ztráty, ale zase znamená, že je třeba do zesilovače přivést napájecí zdroje (obvykle podél podpěry napájení). Kromě toho může přídavná hmotnost výkonového zesilovače a jeho chladicí soustavy, pokud se používá středová parabola s primárním ohniskem, narušit tvar vyzařování (část paraboly je zastíněna - pozn.red.), což vede k nežádoucí ztrátě zisku a možná i destruktivním postranním lalokům paprsků. Ofsetové uspořádání je v tomto ohledu často snazší, protože hmotnost PA a ozařovače je nesena na rameni pod nebo nad zrcadlem a často není přímo součástí struktury parabolického zrcadla. Možným kompromisem je namontovat výkonový zesilovač bezprostředně za parabolu s minimem kabelu k napájecímu bodu, přičemž je třeba mít na paměti poznámky o směrování přes okraj zrcadla nebo přes jeho střed. Zesilovač s velkým výkonem může také působit jako užitečná protiváha ke konstrukci paraboly. Ať už je výkonový zesilovač umístěn v napájecím bodu nebo za parabolou, bude samozřejmě nutné, aby odolával povětrnostním vlivům. 10 GHz (3 cm) Frekvenční příděly na 10GHz: Zdaleka nejčastěji používaná alokace kmitočtů v pásmu EME 10 GHz je 10368 MHz až 10370 MHz, přičemž většina činnosti EME se koná kolem 10368,100 MHz. V Japonsku není povoleno přidělení 10368 MHz a japonští amatéři mají tendenci používat 10450,100 MHz. Pracující japonští amatéři využívající pásmové pásmo mezi 10368 a 10450 MHz je zcela běžné a lze jej snadno dosáhnout v řadě způsoby včetně vyhrazeného vybavení pro obě pásma a (mimo Japonsko) kmitočtové sestupné převodníky od 10450 MHz do 10368 MHz. Převaděč kmitočtu lze samozřejmě použít stejným způsobem v Japonsku k poslechu 10368MHz EME signály. Jednoduchý, přímý transvertor nemusí používat konverzní oscilátor SHF, jak je znázorněno na obrázku (bude doplněno pozn.red) Na rozdíl od toho, co si někteří mohou
myslet, moderní 10GHz systémy mají tendenci používat koaxiální kabelová
propojení s vlnovodem zasílaným hlavně do anténních přípojek a
vysokovýkonných stupňů. Sledování je bezpochyby klíčem k úspěchu v 10GHz
EME. Pokud se nepoužívají velmi malá antény, úzká šířka pásma většiny EME
systémů ztěžuje sledování Měsíce po obloze více, než na spodních pásmech.
Měsíc zaujímá pozorovací svisle úhel asi 0,5° vůči zemskému povrchu. To se
samozřejmě mírně liší v závislosti na tom, zda je Měsíc na apogeu nebo
perigeu. EME anténa s průměrem 2,5m má šířku paprsku polovičního výkonu
(3dB) přibližně 0,6°. Dokonce malé pohyby takové antény proto způsobit
několik dB ztráty signálu. Pokud je signál na hranici, může to být rozdíl
mezi úspěchem a neúspěchem. I při přesném sledování absolutní polohy je často nutné „posunout“ polohu paraboly, aby se maximalizovaly úrovně signálu. Problém je v tom, jak víte, kam mířit, pokud neexistují žádné signály, na které by bylo možné dosáhnout vrcholu? První odstavec této kapitoly k tomu dává vodítko. Protože Měsíc svírá na obloze zhruba podobný úhel jako středová velikost vlnové délky EME paraboly, přesně zaměřená parabola vidí hlavně Měsíc a malou část studené oblohy, která jej obklopuje. Měsíc je mnohem teplejší než studená obloha, průměrně několik stovek °K (stupňů Kelvina) ve srovnání s možná 2,7 - 10°K pro chladnou oblohu. Dokud je přijímač (konkrétněji první nízkošumový zesilovač nebo LNA) dostatečně citlivý, bude Měsíc vidět jako jasný maják šumu v moři studené oblohy. V praxi je u větších antén často postačující hodnota šumu LNA menší než 1 dB a při menších systémech (<3 m) stačí 0,6 - 0,7 dB. Hodnoty šumu pod asi 0,6 dB jsou obtížně dosažitelné při 10 GHz. Neměli byste se nechat zmást tvrzeními o hodnotách šumu 0,1 dB pro některé satelitní TV LNB pásma Ku (10-12 GHz) (přijímací družicové konvertory). Toto jsou marketingová čísla, která nejsou skutečná! To také znamená, že větší parabolické systémy nemohou těžit z větší citlivosti, protože dosáhly blízko svého limitu, jakmile Měsíc úplně zaplnil "okno" šířky hlavního laloku parabolické antény. Pro ty, kteří používají menší zrcadla, jako jsou populární průměry 1,8 a 2,4 m, je ovšem výběr dobrého LNA stále velmi důležitý. K nalezení Správného nasměrování lze použít nějakou formu zesilovače šumu a detektoru, a pak udržujte anténu paraboly přesně namířenou na Měsíc, když se pohybuje po obloze. Zesilovače šumu budou podrobněji popsány dále v této kapitole. Nedávná dostupnost signálu vysílacího majáku s velkým výkonem 10,368,025 GHz nasměrovaného trvale na Měsíc ze zemské stanice paraboly DL0SHF o průměru 7,6 m značně usnadnila hledání a sledování měsíce, i když v praxi není maják vždy zapnutý, když je Měsíc 'up' a v době psaní tohoto nejužitečnějšího signálu trpí také problémy s měnící se úrovní signálu. Chris Bartram G4DGU napsal dobrý materiál pro malé parabolické antény EME, můžete si ho přečíst zde: Soubor: 20140514 Návrhy na malé misce 10GHz EME.pdf (viz originál článku, pozn.red.) Nyní se přesuneme k tomu, jak se parabola pohybuje a jak dokáže sledovat Měsíc. Tato část pojednává o rotátorech včetně šroubových zvedáků a dalších způsobech pohybu zrcadla.
K pohybu reflektoru jakékoli velikosti je třeba motorů. Mohlo by to být elektrické, hydraulické, pneumatické nebo manuální. Elektromotory jsou zdaleka nejoblíbenější. Pro snížení rychlosti otáčení většiny elektromotorů je nutná vhodná převodovka s minimálním vůlí. Některé velmi malé přenosné systémy používají ruční nastavení založené na použití kamery nebo změměřickém stativu.
Polární a rovníkové úchyty Polární úchyty jsou populární, ale ne
vždy dobře pochopitelné. Princip polárního nebo rovníkového připojení je
vysvětlen jinde. viz Ačkoli se zdá, že takové řešení je snadný způsob, jak sledovat Měsíc po obloze a zdá se, že pro pohyb GHA potřebuje pouze jeden hnací motor, v praxi se sklon Měsíce v krátké době dost změní kvůli úzké šířce paprsku zrcadla a to znamená, že je také žádoucí nastavení deklinace. Největší nevýhodou polárního držáku je pravděpodobně to, že opravdu vyžaduje použití kruhové polarizace. Důvodem je to, že se úchyt pohybuje ze strany na stranu, takže úhel posuvu se mění (jeho podélný sklon) vzhledem k Měsíci. Pokud se použije lineární polarizace, pak by mohlo dojít k vážnému vyrovnání polarizace mezi dvěma stanicemi s jednou v, řekněme, v Evropě a jednou v Severní Americe, protože sklon polarizace je přibližně 90°, pokud oba používají lineární polarizaci. To by vedlo k závažné ztrátě signálu v důsledku křížové polarizace.. Pokud obě stanice používají kruhovou polarizaci, pak není žádný problém, protože v důsledku 90° rozdílu nedochází ke změně polarizace. Lineární polarizace však stále používá značný počet stanic. Jednoduchý účel použití vertikální lineární polarizace v Evropě a horizontální v Severní Americe a daleké Asii znamená, že se o zkosení automaticky postará. Je to jednoduché a efektivní. Lineárně polarizovaná stanice může stále pracovat s kruhově polarizovanou stanicí, ale v důsledku polarizace dojde k teoretické 3dB ztrátě signálu. V důsledku depolarizace odraženého signálu je ztráta často menší než 3dB. Pohyb pravého vzestupu (RA - možnost
nastavení azimutu nad pevně nastavenou elevací) s polární montáží je často
řízen jednoduchým lineárním ovladačem (jack), zatímco ke změně deklinace
se používá buď motorizovaný automobilový zvedák, nebo dokonce ruční
zvedák, ale ty zde nejsou diskutovány. Ostatně provozovatelé EME je často
nepoužívají. Používá se dvoumotorový pohon s
azimutem/elevací, často známý jako AZ/EL. Velmi oblíbená jednotka AZ/EL je
RAS od společnosti SPID v Polsku. Jsou k dispozici jako standardní RAS
nebo větší BIG RAS. BIG RAS je vhodnější pro nádobí o průměru asi 2,4 m,
zatímco RAS je dokonale vhodný pro menší nádobí, pokud je nastavení
elevace dobře vyvážené. Takovéto úchyty jsou široce dostupné v Evropě i v
USA a Kanadě. Mnoho provozovatelů EME se rozhodlo postavit vlastní pohony
na základě místní dostupnosti motorů a převodovek. Stejně jako elektrický
pohon je možné použít i hydraulické motory. Tento předmět je spíše
specializovanější, než jaký lze v této krátké Wiki zahrnout. Bez ohledu na to, jakou cestu podnikne operátor EME, ať už získáním nebo vytvořením vhodného pohonu, bude nutné použít polohové snímače, které určí okamžitou polohu parabolického racadla a poskytnou polohovou zpětnou vazbu systému sledování. Tyto enkodéry mohou být různého druhu, přičemž nejlepšími jsou pravděpodobně kodéry absolutních údajů polohy (USDigital nebo kodéry MAB). Obě z nich lze použít k označení absolutní polohy směrování antény v azimutu i elevaci, když jsou připojeny k vhodnému zařízení. Inkrementální snímače polohy počítání impulzů spoléhají na to, že se parabola pohybuje pod známým úhlem pro každý výstupní impuls. Skutečná poloha však závisí na znalosti výchozí polohy a toho, zda se anténa pohybuje ve směru nebo proti směru hodinových ručiček stejně jako nahoru nebo dolů. Pro uložení poslední pozice systému je vyžadována energeticky nezávislá paměť jakéhokoli druhu, když je odpojeno napájení nebo je ztracena informace o poslední poloze a před sledováním, může být vyžadována rekalibrace. Staré polohovače digitální satelitní antény lze použít jako nezbytný indikátor impulsů nahoru / dolů a navíc je již k dispozici energeticky nezávislá paměť, spolu s nějakou formou digitálního čtení polohy. Bude doplněno sledování polohy Měsíce podle šumu.
Transvertory Kmitočtová konverze je nejčastější způsob, jak dosáhnout vyšších mikrovlnných pásem. Široká škála převodníků je k dispozici pro všechna oblíbená pásma a dokonce i do milimetrových vlnových rozsahů. Na 10GHz nejoblíbenější převodníky jsou konstrukce, které vyrábí Kuhne Electronic GmbH (DB6NT) https://www.kuhne-electronic.com/funk/en/ a Down East Microwave Inc. (N2CEI) https://www.downeastmicrowave.com/. Před několika lety Charlie Suckling (G3WDG) spolu s Petrou Suckling (G4KGC) vyrobil cenově výhodný 10GHz převodník. Ty již nejsou komerčně dostupné, ale někdy se nacházejí na přebytkovém trhu. Podobně GW4DGU vyrobil velmi pěkný 10GHz transvertorový systém před několika lety. Ačkoli již nejsou k dispozici, používané příklady se někdy vyskytují při mikrovlnných událostech. Používají se mezifrekvenční zařízení (IF) 144MHz nebo 432MHz. Při použití 144MHz IF musí být věnována pozornost tomu, aby byl zrcadlový kmitočet -288MHz (pod požadovanou frekvencí 10368MHz) dobře potlačen, protože jinak rušení, nebo šum na zrcadlovém kmitočtu může způsobit degradaci přijímacích schopností systému. Zatímco lokální oscilátor transvertoru může používat krystalový oscilátor s volným provozem a se stabilizací teploty je velmi výhodné, aby byl místní oscilátor kmitočtově uzamčen podle GPS disciplinované reference, řízený krystalovým oscilátorem (OCXO) nebo referenční rubidium, (obvykle při 10 MHz). Převodník Kuhne GmbH MKU10G3 také používá referenční vstup 10 MHz. LNA Samotný převodník pravděpodobně nebude mít dostatečně nízkou hladinu šumu na 10 GHz, aby poskytl přijatelné výsledky EME. Obvykle je vyžadován zesilovač s nízkým šumem (LNA). Používají se domácí i komerční LNA. Šumová čísla mají tendenci být přibližně 0,6 dB až přibližně 1 dB, s tranzistory HEMT nejběžnějším aktivním zařízením používaným v LNA. Populární domácí konstrukce jsou předzesilovače G3WDG a W5LUA. Oba jsou jednostupňové návrhy a při 10 GHz je často nutné mít trochu větší zisk k překonání mezistupňových ztrát kabelů. V průběhu let se na stránkách DUBUS a VHF Communications objevilo několikastupňové designy LNA od několika amatérů.
Obvykle jsou to buď TWTA (Traveling Wave Tube Amplifier) nebo SSPA (Solid State Power Amplifier). TWTA jsou k dispozici s přebytkem výkonu nad 300 W. Při těchto úrovních výkonu jsou ale požadavky na vysoké napětí pro TWT veliké a bezpečnost je velmi důležitá, protože napětí je vyšší než 3 kV (a mělo by být stabilizováno). Protože ztráty na přenosovém vedení jsou při 10 GHz vysoké, je běžné namontovat TWTA blízko ozařovače, aby se minimalizovala ztráta energie, což znamená, že napájení je namontováno venku, obvykle v kontejneru odolném vůči povětrnostním vlivům nebo příležitostně na otevřeném prostranství, ale pouze v případě potřeby a za dobrého počasí. To zase znamená, že síťový přívod musí být blízko anténního systému. Je nad rámec tohoto článku, abychom poukazovali na předpisy upravující provoz síťových zdrojů ve venkovních prostorách m.j. i proto, že se budou v jednotlivých zemích lišit a jsou pravidelně aktualizovány.
jsou komerčně dostupné i na trhu s přebytky telekomunikačního trhu. Požadavky na výkon budou záviset na režimech, které uživatel zamýšlí provozovat. Digitální režimy, jako je JT4, mohou být účinné i s malým napájením a úrovněmi výkonu jen do 10 W. Obecně by byla žádoucí hladina výkonu mezi 25 a 50 W, ale takové zesilovače jsou nevyhnutelně dražší. Použití zařízení s GaN (Gallium Nitride) polovodiči se v poslední době stalo populárnější kvůli (pomalu) klesajícím cenám výkonových tranzistorů GaN. GaN je vynikající polovodičový materiál pro výkonová zařízení, protože vykazuje vysoký zisk, toleranci do vysokých teplot na čipu tranzistoru a pracuje s napájením typicky 48-50 voltů, a proto vyžaduje nižší potřebu napájecího proudu pro daný výstupní výkon ve srovnání se zařízeními GaAs (Gallium Arsenide). Foto ukazuje 30w GaN zesilovač. (viz originální článek pozn.red.) Jedním z možných řešení požadavku vysokého napětí zesilovače GaN je použití 48V SMPSU (Switch Mode Power Supply Unit) dodávané ze zdroje 110V. Napájení 110 V je běžné na staveništích v Británii jako známé žluté opláštěné izolační transformátory, které nabírají napětí 230 V a mají výstup 50 - 0-50V se středovým uzemněním. Tímto způsobem je střídavé napětí maximálně 50 V (průměr) vzhledem k zemi. Na konci externího zdroje je vhodný 48V výstup SMPSU se vstupem 110 V lze použít k odvození požadovaného provozního napětí. Takové SMPSU jsou na Ebay běžné a přebytek je na prodej na mnoha rozhlasových shromážděních. Je třeba dodat, že se jedná pouze o návrh a tuto myšlenku používáte na vlastní nebezpečí. Vhodné transformátory jsou k dispozici za přibližně 56 až 70 GBP na mnoha prodejnách elektrické slevy ve Velké Británii.. Žlutý 2,5mm kabel délky přibližně 14 metrů s vhodnými konektory a zásuvkami lze zakoupit také za přibližně 30 liber. Fotografie ukazuje stavební transformátor 110V.
Aby bylo možné efektivně ozářit reflektor paraboly, ať už s primárním ostřením nebo s eliptickým posunem, vyžaduje to vhodnou napájecí anténu. Napájecí anténa je obvykle označována jako „ozařovač - tzv. feed“. obvykle je konstruována ve tvaru trubky s rozšířeným okrajem (horn), ale mohou to být i jiné druhy ozařovače, jako např."patch anténa" s větším množství fázovaných zářičů, Jaký typ ozařovače je zvolen, bude záviset na ohniskové délce nebo průměru reflektroru (f / D) a na tom, zda je vyžadována kruhová nebo lineární polarizace. Účelem zdroje je emitování signálu požadované polarizace, který se odrazí optimálním rozptylem signálu přes reflektor. Je obvyklé zajistit, aby úroveň vysílacího signálu byla asi o 10 dB nižší na okraji zrcadla (osvětlení okraje) ve srovnání se středem paraboly. To však nemusí být optimální pro příjem, kde je okrajové osvětlení pravděpodobně lepší nastavit kolem 14 dB dolů na střed. Tím se snižuje „přezařování“ a anténa bude méně šumět. Většina provozovatelů EME má tendenci preferovat tišší parabolu než tu, která poskytuje maximální přenosový zisk. Výjimkou jsou ti, kteří rádi „slyší svůj vlastní hlas“ Často jsou označováni jako „aligátoři“!
Až do 432MHz se používá lineární polarizace, vertikální nebo horizontální. Rotační polarizaci tam není snadné vygenerovat kvůli potřebě zajistit reverzní kruhové přepínání polarizace kvůli odrazu od Měsíce (rotační polarizace se při odrazu otočí). Na 1296 MHz a více použití reflektorů paraboly umožňuje snadnější výrobu duálních polarizačních zdrojů. Kruhová polarizace se téměř výhradně používá v pásmech EME 1296, 2300/2304/2320/2400, 3400 a 5660 MHz. V pásmu 10368/10450 MHz to ale není vždy pravda. Proč? Povaha povrchu Měsíce při 10 GHz je taková, že k významnému množství depolarizace dochází, když signály podléhají odrazu. Velikost povrchových překážek, včetně balvanů, může totiž způsobit několik rozptylů signálů a u některých oblasti Měsíce je dokonce výrazný podpovrchový odraz. To vše může učinit použití kruhové polarizace méně efektivní, než by jinak mohlo být. Až donedávna nebyla k dispozici nízkoztrátová konstrukce kruhového polarizačního posuvu. To se nyní změnilo a běžně se používají zdroje založené na použití stlačených vlnovodů a polarizátorů s přepářkou (septum). Mnoho dobrých příkladů lineárních polarizačních kanálů, například kdysi běžně používaného a dostupného Chaparralova ozařovače, jsou k dispozici a stále se běžně používají. Stává se, že většina mezikontinentální činnosti probíhá mezi Evropou, Severní Amerikou, Australasií a Asií. Tato místa jsou (přibližně) oddělena o 90°(protože Země je kulatá). Signál přenášený na Měsíc při zenitu se vrátí se stejnou polarizací. Stejný, vertikálně polarizovaný signál vysílaný na Měsíc z, řekněme, Evropy a přijímaný v Severní Americe se změní na horizontální. Standard se vyvinul, kdy severoamerické stanice vysílají na Měsíc pomocí horizontální polarizace a Evropané používají vertikální polarizaci. Australasia také používají vertikální polarizaci, to je 180° od Evropy a 90° od severní Ameriky. Ukázalo se, že tento systém funguje dobře a ačkoli při práci s jakoukoli kruhově polarizovanou stanicí existuje teoreticky až 3B ztráty, vlivem depolarizace odrazeného signálu se to často snižuje o několik dB. Pro začátečníky je možno doporučit jednoduchou lineární polarizaci. V budoucnu pravděpodobně převáží kruhová polarizace, ale to se zřejmě nestane přes noc.
|