Provoz EME v pásmu 432 MHz [1996]

František STŘIHAVKA - OK1CA

Provoz EME (spojení odrazem od měsíce) patří v radioamatérské praxi k nejnáročnějším druhům činnosti. Z hlediska vybavení stanice se jeví nejschůdnější právě provoz v pásmu 432 MHz. Protože jsem měl možnost si v minulém období tento druh provozu zkusit získal jsem řadu zkušeností jak z vlastní práce tak z vybavení protistanic, které disponují omezeným vybavením, dalo by se říci „QRP EME“. Všechny tyto poznatky jsem se snažil shrnout v následujícím článku.

V úvodu bych uvedl několik základních informací. Měsíc je přirozenou družicí země a krouží kolem ní po eliptické dráze o střední vzdálenosti 384 000 km , přízemí-perigeum 357 000 km a odzemí-apogeum 408 000 km. Útlum trasy země-měsíc-země je v pásmu 432 MHz 261-263 dB. Průměr měsíce je 3476 km a při pozorování ze země se jeví pod úhlem cca 0,5 stupně.

Vlastní vybavení radioamatérské stanice bych rozdělil do tří částí: část přijímací, část vysílací a anténní systém.

Část přijímací: Základem je v současné době vhodný transceivr pro pásmo 432 MHz nebo transceivr KV s transvertorem. Přesný stabilní kmitočet a digitální stupnice je samozřejmostí. Vzhledem k dopplerovu efektu, který může být v pásmu 432 MHz až +- 1,3 kHz, je třeba rozlaďování TX/RX, buď pomocí RIT nebo zvláštním VFO RX a TX. Dobře to umožňují TRX pro práci přes satelity. Pro příjem signálů EME je důležité aby zařízení bylo vybaveno filtrem CW, většinou o šířce 500 kHz. Přijímací cestu je třeba doplnit ještě nízkofrekvenčním filtrem. Typicky se používají filtry o středním kmitočtu 400 Hz a šířce pásma (-3dB) 100 Hz. Používám pasivní filtr podobné konstrukce jako OK1KIR, skládající se ze dvou LC obvodů, z vhodnou vazbou a impedančním přizpůsobení na nízkou výstupní nf impedanci TRX. Mezi EME stanicemi je v poslední době populární filtr používající obvody MF8. Konstrukce a nastavení je potom jednoduché, a filtr skýtá možnosti změny jak středního kmitočtu tak šířky pásma. Nebo lze použít i profesionální výrobky, které mimo možnosti různého nastavení mají také možnost tak zv. digitálního vyčistění signálu. V praxi to znamená, že se zvýší možnost příjmu slabších signálů na úrovni šumu, např. filtr NIR-12, který nabízí firma GES Electronics.

Nejdůležitější částí přijímací cesty je první předzesilovač, ten určuje citlivost celého přijímacího řetězce. Je třeba ho umístit co nejblíže antény, to znamená hned u anténního relé, které umisťujeme hned u antény, v bodě kde vlastně máme sdruženy jednotlivé antény nebo u ozařovače paraboly. Konstrukci předzesilovače je třeba podřídit dosažení co nejmenšího šumového čísla. Po zkušenostech mých a dalších EME stanic tyto podmínky splňuje v současné době předzesilovač osazený GASFetem MGF1302, v zapojení, kde vstupní obvod má co nejmenší ztráty. Je to buď páskové vzdušné vedení a vysokojakostní trimry firem Johannson,Tekelec a pod. nebo jako vstupní obvod dutina. Použití kvalitních konektorů např. typu N je samozřejmostí. Potom se dají dosáhnout šumová čísla 0,5 až 0,3 dB. Podobné předzesilovače byly popsány ve sborníku z Mikrovlnného setkání 1995. Kvality přijímacího systému EME stanice se posuzuje úrovní šumu slunce. Slunce je nejsilnější radiový zdroj na naší obloze, vhodný právě pro pásmo 432 MHz. Úroveň šumu slunce měříme proti šumu klidné oblohy, nacházejí se v souhvězdí Lva nebo Vodnáře , buď zjistíme pomocí některých EME programů, nebo nám vyhoví odklonit anténu od slunce o úhel větší cca 5x než je vyzařovací úhel naší antény. Chce volit vždy větší úhel náměru, aby se též vyloučily vlivy země. Hodnotu šumu slunce potom měříme na výstupu přijímacího řetězce s vypnutým AVC a s pokud možno co největší šířkou pásma. Splnit tyto podmínky bývá někdy obtížné, u zařízení kde používáme TRX a KV transceivr můžeme vyhodnocovat pouze jednu úroveň na výstupu, a změnu úrovní můžeme vyrovnávat proměnným útlumem zařazeným mezi TRX a KV zařízení. Stanice. které se problematikou EME zabývají hlouběji používají speciálně konstruované širokopásmové přijímače, s přesným určením úrovní.

Je třeba abychom i při jednoduché metodě byli schopni vyhodnotit změny a nastavit vstupní díl RX na co největší hodnotu šumu slunce. Je třeba ještě podotknout, že hodnota šumu slunce se mění, je třeba sledovat měření slunečního toku (solar flux), které lze např. získat ze zpráv stanice WWV nebo na packetu. Podle mých zkušeností hodnota SF mezi 70 až 120 nemá vliv na hodnotu námi měřeného šumu slunce v pásmu 432 MHz.

Část vysílací: O budicí části platí obdobné zásady jako o části přijímací. Obvykle vhodný TRX, který umožňuje rozlaďování RX/TX, samozřejmě stabilní a digitální odečet kmitočtu. Nejdůležitější je ovšem dosáhnout vhodného vf výkonu, zde platí zásada čím více tím lépe.

Výkon vysilače je třeba uvážit též jaký anténní systéme používáme, při větším anténním systému lze použít i menší výkon. Tyto úvahy lze snadno prověřit např. programem VK3UM.

Příklady bych uvedl ve stati o anténním systému. Typický výkon EME stanic se pohybuje okolo 1 KW výkonu. Sám jsem také pracoval z výkonem 300 watt ovšem s parabolou o průměru 10metrů o zisku 28,5 dBd, což je netypický případ. V našich podmínkách je to problém vhodné elektronky na koncový stupeň. Tetrody typu 4x250, bych příliš nedoporučoval, když tak od jiného výrobce než Tesla, i tak je třeba konstruovat koncový stupeň ze dvěmi elektronkami a dosažený výkon není úměrný námaze a problémům. Vhodné jsou výkonové tetrody typu YL1050 (ta je vhodná i na 1296 MHz) případně ruská GS23, pro tyto elektronky existují vyzkoušené aplikace. V našich podmínkách se dají použít triody GI7b nejlépe 2x nebo GI14, aplikace též existují. Koncové stupně s triodami jsou stabilnější, ale potřebují větší buzení. Hotový koncový stupeň pro pásmo 432 MHz pro EME provoz nabízí K1FO pod označením LA-70B osazený 2 ks elektronek 3CX800A7 o výstupním výkonu 1500 watt. K1FO nabízí i jednotlivé komponenty koncového stupně. Závěrem této části lze řící, že i z menšími výkony navážeme spojení EME ze stanicemi, které disponují velkými anténními systémy.

Anténní systém: Ten bývá největším problémem zájemců o práci provozem EME. Zde více než v předcházející části platí, že čím více tím lépe, ale velice obtížně se toho dociluje. Soustředím se na rozbor systému skládajícího se z Yagi antén, protože ten je nejdostupnější a nejvíce používaný. Napřed je třeba zvolit vhodný typ Yagi antény. Rozborem antén úspěšných v anténních contestech a používaných EME stanicemi dospějeme, k několika typům. V Evropě jsou hlavně antény navrhnuté DJ9BV,dlouhé 13x vlnová délka, v USA antény K2RIW , nebo antény od firmy M2 . Zvláště tato firma vyrábí celou škálu antén pro VKV pásma a velmi vhodné typy pro provoz EME v pásmech 144 a 432 MHz i s potřebnými dalšími komponenty. V ČR tyto antény prodává firma GES Electronics. Antény autora a výrobce F9FT se zdají již překonané a příliš se nepoužívají. Výše popsané antény mají většinou robustní ráhna (v teleskopickém provedení) a izolované upevnění prvků. Tyto vlastnosti jsou vhodné pro naše klimatické podmínky. Zvolíme-li dostatečně dlouhou anténu s velkým ziskem, uvažujeme jak velikou soustavu můžeme zkonstruovat. Spojení EME se dají navazovat i s dvojicí antén , v součastné době stanice EA3DXU a IK5ALQ (oba používají typ 432-13WL firmy M2, je to 38 prvková Yagi). Pro serioznější práci je třeba již čtveřice antén, z výše uvedenými anténami se dá dosáhnout zisku až 23 dBd, jak uvádí firma M2. Typickým případem EME stanic bývá systém 8x dlouhé Yagi. Důležité je použití kvalitních napáječů pro snížení nežádoucích ztrát. V příznivějších klimatických podmínkách než jsou naše se často používá na propojení jednotlivých antén v systému vzdušné symetrické vedení.

Z koaxiálních kabelů lze doporučit kabel Aircom plus, který též bez problémů přenese výkony do 1 KW. Systémy používané pro EME provoz se navrhují s ohledem na dosažení největšího zisku v hlavním laloku i s tím, že takové systémy mají potom málo potlačené postranní laloky. Důležitá věc anténního systému je jeho montáž a směrování. Používáme-li systém jen pro provoz EME nabízí se možnost montáže paralaktické, neboli polární. Původně svislá osa antény je nakloněna k zemskému povrchu o úhel, který se rovná zeměpisné šířce dotyčného místa. V takovém případě stačí nastavit u antény pevně sklon o deklinační úhel a otáčet hlavní osou. Tento systém se používá spíše u parabolických antén a v poslední době se od něho v amatérské praxi upouští. U nás tento způsob směrování pro parabolickou anténu používá stanice OK1KIR. Běžně bývá anténní systém naklápěn v obou rovinách t. zv. Az-El (horizontální a vertikální). Další otázka je ovládání anténního systému a směrování na měsíc. Nejjednodušší je samozřejmě směrování optické, které předpokládá, že měsíc je vidět, to ovšem v naší zeměpisné poloze nebývá vždy. Přesto tento způsob umožní alespoň první orientaci a kontrolu směrování. Na řízení anténních systémů se využívá v poslední době počítačů a existuje řada programů pro predikci měsíce i dalších kosmických objektů. Známé jsou programy W5UN, VK3UM a F1ENH, který mimo programu nabízí též stavebnici vlastní ovládací části a snímačů polohy. Systém Az-El nám umožňuje mimo sledování měsíce i sledování slunce a dalších radiových zdrojů, potřebných na nastavení provozní aparatury, ale i sledování amatérských družic a práci přes ně. Zároveň výše uvedené programy umožňují výpočty spojení s různými protistanicemi, po zhodnocení parametrů stanice, případně vyhodnocení vlastních odrazů, adresáře aktivních EME stanic a podobně. Pro názornost uvádím příklad výpočtu vlastních odrazů a úrovně při spojení s protistanicí podle programu VK3UM:

Vybavení stanice: přijímač - šumové číslo 0,5 dB , šířka propust. pásma 100 Hz (mf + nf filtr)

vysílač - výkon 500 watt

anténa - 4 x 432-13wl firmy M2 , výrobce udává zisk 23 dBd

Vlastní odrazy (echo) by měly mít úroveň 4 dB nad šumem, což není hodnota velká ,ale umožňuje spojení s řadou protistanic na podobné úrovni. S menší výbavou se dá pracovat ze stanicemi s velkými anténními systémy, např. NC1I má anténní systém 48 x 15 el Yagi, pro zajímavost celý systém se též natáčí okolo osy, aby bylo možno měnit polarizaci nebo SM4IVE s parabolou 13 metrů, abych jmenoval ty nejznámější. Největšího závodu, EME ARRL Contestu, který se koná v měsících říjnu a listopadu se pravidelně zúčastňuje stanice VE3ONT, která využívá parabolickou anténu o průměru 45 metrů, a umožňuje tím spojení i stanicím s průměrnou výbavou.

Změna polarizace u spojení EME nastává vlivem Fardayovy rotace, t.zn. že signál vyslaný v rovině horizontální přichází např. v rovině vertikální. Je to problém u systémů antén Yagi, stanice které používají paraboly mají většinou proměnou polarizaci, nejčastěji přepínatelnou -horizontální/vertikální.

O provozní otázce se v tomto článku nebudu zmiňovat, procedura spojení EME byla již několikrát publikována a případným zájemcům rád poskytnu informace.

Úkolem výše uvedeného článku nebylo vyčerpat problematiku práce EME, to by vydalo na silnou knihu, ale spíše povzbudit případné zájemce. Rád všem pomohu radou, mohu poslat kopie článků a programy s problematikou EME, a věřím, že rádi poradí také členové radioklubu OK1KIR, kteří mají z touto problematikou v OK nejvíce zkušeností.

Se svolením Franty, OK1CA přepsal a upravil pro web ok2kkw OK1TEH v roce 2008