|
KRÁSNÁ DX BUDOUCNOST VKV PÁSEM
[1970] Přirozená touho člověka - více, dále, výše, lépe - tak charakteristická pro sport se pochopitelně uplatňuje i v radioamatérské činnosti ve snaze navazovat daleká spojení se vzácnými stanicemi. Přírodní podmínky na Zemi nám to dovolují celkem snadno na KV pásmech, zato na VKV pásmech je matička Přírodo v tomto směru poněkud skoupá. Výsledný efekt je takový, že délka spojení na KV a VKV je v poměru asi tak 10 : 1 a to ještě na pásmu 145 MHz, přičemž dálková VKV spojení jsou nepoměrně vzácnější než na KV. Nic nepomáhá to, že VKV amatéři mají pro dálková spojení několik možných způsobů šíření vln, jako je mimořádné, troposférické šíření, troposférický rozptyl, odraz od sporadické vrstvy E odraz od polární záře, rozptyl na meteorických stopách. Podmínky pro takové mimořádné způsoby šířeni nastávají zřídka a jsou větši obtížně a nespolehlivě předpověditelné, ale hlavně svou fyzikální podstatou omezují délku spojení do oblasti 2.500 km a mají jen krátké trvání. Jediný způsob šíření na VKV, který dovoluje opravdu DX spojení a to i s protinožci a na UHF pásmech je využití odrazu vln od Měsíce - EME (earth=moon-earth). Je to ale způsob provozu kladoucí takové nároky na zařízení, že je průměrnému amatéru prakticky nedostupný. Počet úspěšných EME stanic na světě stěží přesahuje dvě, tři desítky. K jednotlivým způsobům šíření VKV se na těchto stránkách vrátíme samostatnými články. Pokrok v pronikání do kosmického prostoru doprovázený, nebo spíše podmíněný pokrokem elektroniky otevírá i pro „normální VKV smrtelníky" do nejbližších let slibné DX vyhlídky. Jde o různé typy radioamatérských převaděčů umístěných na oběžné dráze kolem Země nebo dokonce na povrchu Měsíce. Tato éra je již vlastně předznamenána vypuštěním pěti radioamatérských družic - OSCAR-ů, z nichž některé měly na palubě pokusné převáděče. Nebude proto na škodu seznámit se s dvěma „kosmickými projekty a s požadavky na zařízení pozemských stanic k úspěšnému provozu. Věřím, že je u nás dostatek VKV amatérů, kteří se nadchnou, nebo jsou již nadšeni pro tyto perspektivy a tento příspěvek jim dá náměty, jakým způsobem budovat a zlepšovat technické zařízení své stanice. Britská South Coast VHF Group pracuje na projektu TRIDENT. Je plánován převáděč 2m/70cm v družici na oběžné dráze ve výšce 500 km. Spoj nahoru se předpokládá v 2 m pásmu, spoj dolů na 70 cm. Tato volba kmitočtů je optimální vzhledem k Dopplerové efektu a podmiňuje vyšší anténní zisk pozemní stanice na 70 cm, kde je též snáze realizovatelný, Maximální Dopplerův posuv kmitočtu při takové oběžné dráze je asi 3,6 kHz na 145 MHz a 11 kHz na 433 MHz. Dopplerův posuv na spoji dolů je však eliminován zvláštním zpracováním modulace. Šířka pásma převaděče je předpokládána 30 kHz a dovolí tudíž pojmout 10 SSB kanálů. Přijímané spektrum 145 MHz se převede na palubě družice do nf pásma 10-40 kHz a po doplnění potřebnými telemetrickými signály v rozsahu 1-9 kHz se touto směsi kmitočtově moduluje 70 cm vysílač. Z výpočtu útlumu trasy vyplývá, že vysílač na palubě musí mít výkon asi 3 W, aby umožnil spojení při nulovém elevačním úhlu antény pozemské stanice. Dosah je však asi 2600 km, čili maximální vzdálenost mezi pozemskými stanicemi až dvojnásobný - 5200 km. Při elevačním úhlu 10º postačí již výkon jen asi 1 W, dosah se ovšem sníží 1‚7 kráte. Zajímavý je rozpočet útlumu trasy a výsledného odstupu signá/šum. 1. SPOJ NAHORU 145 MHz 2. SPOJ DOLŮ 433 MHz
oooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo oooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo
útlum trasy 2,600 km - 144 dB útlum trasy 2,600 km - 153 dB
anténní zisk pozemní stanice + 12 dB anténní zisk pozemní stanice + 19 dB
antenní zisk družice - 2 dB antenní zisk družice - 2 dB
polarizační stráty - 3 dB polarizační stráty - 3 dB
rozptylové ztráty na elevaci 0o - 6 dB ztráty antenní výhybky družice - 1 dB
ztráta anténní výhyky družice - 1 dB __________________________________
ztráta ant. napáječe pozem. stanice - 2 dB celková ztráta - 140 dB
________________________________
celková ztráta - 146 dB
kTo - 173 dBm/Hz
kTo - 173 dBm/Hz šumové šíslo pozem. přijímače + 6 dB
šumové číslo palubního přijímače + 6 dB šum mf šíře 160 kHz + 52dBHz
šum. mf pásma 30 kHz + 45 dBHz efekt. šum atmosféry při 220o K + 0,5 dB
________________________________ _____________________________
celkový šum - 123 dBm celkový šum - 115,5 dBm
potřebný signál pro s/š = 15 dB - 108 dBm potřebný signál pro s/š = 10 dB - 105,5 dBm
potřebný výkon pozemské stanice 38 dBm potřebný výkon vysílače drižice 34,5 dBm
tj. asi 6W tj. asi 3W
Společný anténní systém musí být samozřejmě plně otočný v horizontální i vertikální rovině, tzv. el-az montáž (elevace - azimut). Komplikace může přinést i volba polarizace antén. Protože poloha družicových antén budě sotva v prostoru pevně orientována, musíme počítat s nahodilou rovinou polarizace, měnící se vlastni rotací družice. Spolehlivý provoz proto zaručí pouze použití kruhové polarizace u pozemních antén. S obvyklými lineárně polarizovanými anténami na Zemi i na družici musíme očekávat dost značné kolísání síly signálů. Rychlost tohoto fadingu bude záviset na rychlosti vlastni rotace družice. Vhodným anténním systémem na družici lze ale tento jev částečně potlačit. Druhý kostnický projekt, ještě lákavější, je znána pod názvem MOONRAY a je plánován americkým klubem Nastar (Nassou Sattelite Tracking Amateur Radio). První ideje vysazení amatérského převáděče na měsíční povrch by formulovány již v roce 1964. Později se předpokládalo, že převaděč bude vysazen při třetí měsíční expedici Apollo. Měsíční převáděč by měl proti družicovým projektům nesrovnatelné přednosti. Dovolil by spojení mezi libovolnými stanicím na Zemi, které právě vidí Měsíc, odpadly by potíže se sledováním převáděče, neboť zdánlivý pohyb Měsíce po obloze je pomalý a Měsíc je viditelný a provoz by byl možný po značnou část dne. Na druhé straně je projekt technicky podstatně náročnější. Zařízení převáděče musí mít přijímací c vysílací dosah řádově 400.000 km a musí snášet extrémní rozsah teplot na měsíčním povrchu. Přibližné předpoklady pro parametry zařízeni jsou asi tyto: vf výkon převáděče 1 W CW, parabolická anténa o průměru 1,8 m na Měsíci i na Zem, šumové číslo pozemského přijímače 3 dB a šířka pásma 500 Hz. Takováto soustava by na 433 MHz dávala odstup signál/šum asi 6 dB. Zisk paraboly Ø 1,8 m na 433 MHz je poměrně malý - asi 15 dB, na Zemi by byla proto vhodnější větší anténní soustava. Pásmo 1296 MHz by s uvažovanými anténami dávalo vhodnější poměry: signál/šum asi 14 dB. Kruhová polarizace může být opět optimální. Antény převáděče sice nebudou rotovat, ale na 145 i 433 MHz se uplatňuje tzv. Faradayova rotace - stáčení polarizační roviny vln v důsledku průchodu ionosférou. Na převáděč jsou kladeny i daleko všestrannější požadavky. Každý kilogram užitečné váhy dopravený na Měsíc je zatím příliš, příliš drahý, než aby sloužil jen k zábavě - amatérskému vysílání. Proto by převaděčová souprava musela sloužit i jako ze země ovládaný maják pro pozdější měsíční lety a expedice s možností zapínání a vypínání i z obíhajícího velitelského modulu. Dále by převáděč měl být využitelný jako nouzový komunikační spoj pro kosmonauty. Kromě toho musí být k disposici různé telemetrické kanály pro zjišťování stavu zařízení a jeden až dva kanály pro vědecká měření. Váha této soupravy nesmí přesáhnout váhu 2,5 kg a kubaturu 1,6 I. Informace o součastném stavu obou projektů zatím, bohužel, scházejí, nicméně lze alespoň shrnout všeobecné požadavky na vybavení pozemské stanice pro úspěšný provoz. V úvahu přichází provoz na pásmech 145, 433 o 1296 MHz, téměř s jistotou na 433 MHz. Zisk antény na 433 MHz by se měl blížit 20 dB, minimální systém je přibližně čtveřice 15 eI. Yagi. Optimální je kruhová polarizace, nemusí však být podmínkou. Lze docílit nejsnáze šroubovicovými anténami, nebo anténami Yagi se zkříženými prvky a napájením s fázovým posuvem 90º. Antény parabolické jsou sice velmi výhodné pro svou širokopásmovost o snadné napájení s libovolnou polarizaci, ale pro pásmo 433 MHz jsou příliš rozměrné (pro zisk 20 dB průměr asi 3,5 m!). Na 145 MHz je minimální anténa o zisku 10-12 dB (10 eI. Yagi). Pochopitelně větší anténní systém je výhodnější, rozumný ,‚maximální" systém je čtyřče 10 el Yagi, nesoucí uprostřed soupravu 4 až 8 antén pro 433 MHz. Na pásmu 1296 MHz jsou již rozměry parabol přiměřeně. Průměr 1 m dává zisk asi 18-19 dB, průměr 2 m o 6 dB více. Přibližně ekvivalentní je soustava 4X15 eI. Yagi nebo čtyři šroubovice, pro 24 dB zisk musí být soustava ještě čtyřikráte větší. Slušný problém představuje i natáčecí soustava. K sledování družic je nejvhodnější el-az montáž s úplným obsáhnutím celé hemisféry oblohy. Přesnost směrování musí odpovídat tvaru anténního diagramu: hlavní lalok 20 dB antény je pro pokles o 3 dB široký asi 14º; směrováni na převáděč musí být proto přesné alespoň na 3º. Pohyb družice na kruhové dráze ve výšce 500 km je dosti rychlý, jeden oběh trvá jen as 94 minut a v případě nejdelší dráhy (dráha procházející nadhlavníkem) je družice nad obzorem po dobu 12 minut lalokem širokým 14° proběhne za pouhých 40 vteřin! Pro měsíční projekty vyhoví el-az montáž také, směrování však nemusí obsáhnout ‚,celou oblohu". V našich zemských šířkách může Měsíc zaujmout na obloze tyto mezní polohy. deklinace Měsíce + 28° — 28° východ azimut 43° 138° (elevace 0°) západ azimut 3l7° 222° (elevace 0°) vrcholení elevace 62° 12° (azimut 180°) délka viditelnosti 17 h 6,5 h Podstatnou výhodou je pomalý pohyb Měsíce, zhruba 15° za hodinu. Pro sledování je ideální tzv. polární neboli ekvatoriální montáž, kdy postačí natáčet plynule jen asi jednu osu. Také prognosa přesně polohy Měsíce pro případ, že je zamračeno, je snadná a k této problematice se ještě vrátíme, až se stane skutečně aktuální. Přijímač musí být velmi stabilní a měl by dovolit odečítat kmitočet s přesnosti na 1 kHz. To se dá vyřešit dostatečně jemným laděním se stupnici celou alespoň po 5 kHz a kalibrátorem dávajícím spektrum 100 nebo lépe 10 kHz. Selektivita mf by se měla dát stáhnout až na šíři několika set Hz (krystalový filtr nebo velmi nízký rnf kmitočet). Šumové číslo no 433 MHz pod 4 kTo (6 dB), na 145 MHz pod 2 kTo (3 dB). Uvedená čísla lze dosáhnout např. s tranzistory AF139 a 239. Konvertor nebo předzesilovač pro 433MHz musí být co nejblíže u antény k vyloučení v ztrát anténního napáječe. Ovšem honba za snížením šumového čísla o zlomky dB nemá významu vždyť teprve snížení na polovinu (např. z 5 kTo na 2,5 kTo) zlepší odstup signál/šum o 3 dB, což je hodnota právě sluchem rozeznatelná. Daleko rozumnější a účelnější je získávat tyto decibely zlepšením anténního systému. Vysílač musí být též velmi stabilní. Laditelný, stabilní oscilátor (VFO) se pomalu, ale jistě stává nutností v běžném provozu na VKV. Kmitočet by mě být odečítán se stejnou přesnosti jako na přijímači. Lze očekávat, že hustý provoz přes převáděč si vyžádá ladit se no kmitočet protistanice (QZF) a je proto třeba vyřešit problém tiché ladění a „napískávání". Tak surová metoda, jako laděni s plným výkonem a kmitočtová orientace zachycováním vlastních signálů přes převaděč je zcela zavrženíhodná. Výkon vysílače není nejdůležitějším faktorem. Postačí řádově 10 W. Po celkem nevalných zkušenostech s OSCARy budoucí projekty převáděčů budou zaměřeny k tomu, aby jich mohli využít amatéři s běžný zařízením a ne jen siláci s kW a anténami jako v Jodrell Bank. Závěrem znovu upozorňuji, že popsané projekty jsou do jisté míry hypotetické a že skutečné realita může vypadat trochu jinak. K tréninku na tuto kosmickou éru můžeme zatím využívat balónového programu DARC. Vypouštění balónu ARTOB a BARTOB se již stalo, jak se zdá, rutinní záležitostí a převáděče, které tyto balóny nesou, jsou v podstatě prototypy převáděčů pro radioamatérské družice. Uvažme však, že do pěti let mají být na oběžné dráze kolem Země družice pro přímé televizní vysílání a buďme proto raději optimisty, aby nás DX budoucnost VKV pásem nezastihla nepřipravené. OK1BMW, RZ 9/1970 NĚKOLIK FAKTŮ O PROJEKTU MOONRAY [1971] Autor článku W6OLO/2, ze kterého uvádíme podstatné části, navrhl v roce 1960 původní koncepci radioamatérského převáděče, umístěného na měsíčním povrchu, jako přirozené pokračováni programu Oscar. V roce 1967 pak NASTAR (Nassau College Amateur Satellite Tracking, Astronomy and Radio) převzal záštitu nad uskutečněním tohoto programů, který je dnes znám jako Projekt Moonray. V současné době pokračuje vývoj, konstrukce a zkoušky funkční prototypové jednotky. Po dokončení NASTAR doufá, že NASA umožní umístění převáděče Moonray na Měsíci. Jeden z kosmonautů (možná také radioamatér) by jej umístnil, orientoval a uvedl do provozu, předpokládaném po dobu 1 roku i déle. Moonray má zásadně plnit tři hlavní úkoly: předně jako převáděč pro mezinárodně povolené pásmo 10 cm, dále jako nouzové pojítko pro kosmonauty v případě selhání hlavního komunikačního systému a dále by v budoucnu mohl sloužit jako přistávací maják pro další lety. Pokud bude úspěšné měření laserovým paprskem, přesnost umístění bude lepší než 60 cm. Převáděč Moonray I bude obsahovat vysoce citlivý přijímač s nízkým šumem, budič signálu, vysílač identifikační značky, časové zařízení, šest až osm telemetrických kanálů a laserový přijímač s optikou. Zařízení budou napájena z jaderného termoelektrického generátoru s poločasem 87 let. Všechny přístroje budou umístěny ve válci z vlnitého plechu asi 15 cm v průměru a 25 cm dlouhém na třech skládacích nebo výsuvných podpěrách. Pro přesné zaměření antény k Zemi bude namontován zvláštní zaměřovací mechanismus. Přijímací kmitočet bude 439,9 MHz a vysílací 430,1 MHz. Kanál o šířce 10 kHz bude převádět všechny druhy provozu. Doporučené pořadí přednosti druhu vysílání: CW, FSK, MCW, AFSK, NFBM, SSB a AM. Každých 10 minut bude vysílán identifikační znak SS současně s telemetrickými údaji. Vlastí převáděč pak bude v činnosti nepřetržitě po dobu 24 hodin s přestávkami 1 minuty po každých 10 minut provozu. Pro úspěšné navázání spojení by amatérská stanice měla být vybavena následovně: anténní systém s velkým ziskem (min. 15 dB) schopný plynule sledovat Měsíc, nízkošumový (max 3 dB) krystalem řízený konvertor se stabilní laděnou MF, výkon vysílače pro CW asi 50 W na 439,9 MHz. Vyšší výkon bude potřeba pro ostatní druhy vysílání počínaje od 100 W pro FSK až do 1 kW pro ATV. Další podrobnosti budou uvedeny v některém z příštích čísel RZ. Použitá literatura: Moonray WA2INB, QST 11 1961 Zpracoval OK1ALV, Vladimír
Holeňa http://www.nitehawk.com/rasmit/nick.html http://www.air-space.us/rec.radio.amateur.space/8/Re-Repeater-On-The-Moon-article74.htm v roce 2007 přepsal a upravil pro web OK2KKW Matěj OK1TEH |
Přijímací zařízení pozemské stanice
se musí skládat z 70 cm konvertoru s šumovým číslem 6 dB (4kTo) a z mf
přijímače o mf šíři pásma 150-200 kHz a FM diskriminátoru. Detekovaná směs
signálů v rozsahu 10-40 kHz (po odfiltrování telemetrického pásma 1-9 kHz)
se pak např. znovu namoduluje do libovolného KV pásma a tam pak běžným
přijímačem selektivně naladí a přijímá. Na pozemské stanici postačí snadno
dosažitelný vysílací výkon 6 W. V podstatě jsou přípustné všechny druhy
modulace, ale přednost má CW a SSB. Také požadavky na anténní zisky jsou
přiměřené. Potřebných 12 dB no 145 MHz zajistí např. populární 10 el. Yagi
podle OK1DE, případně lze chybějící decibely dohnat zvýšením výkonu a
snížením ztrát anténního napáječe. Trochu horší je to s anténou na 70 cm,
kde zisk 19 dB splní spolehlivě až šestice 15 el. Yagi podle OK1VR.
Pochopitelně stačí í zde skromnější anténní systém za cenu zhoršení
odstupu signál/šum a tím i zkrácení maximálního dosahu. Jiná reserva na
přijímací straně prakticky není, neboť kdo má u nás možnost postavit 70 cm
konvertor s šumovým číslem 3 dB nebo méně?