In dit overzicht komen de verschillende, elke belangrijke, facetten voor een EME station aan de orde met de huidige stand der techniek.

Transcriptie

1 EME 10GHz TODAY PA0PLY Introductie. Sinds mijn eerste ervaringen met EME in 2010 op 10Ghz, is er veel ontwikkeling geweest, waardoor ook met een minder grote opstelling al resultaten geboekt kunnen worden. Vroeger waren de kleinere stations aangewezen op het gebruik van CW om überhaupt maar een verbinding via de maan te kunnen maken. Men was ook dan nog aangewezen op de grotere stations met een groot antenne systeem. In dit overzicht komen de verschillende, elke belangrijke, facetten voor een EME station aan de orde met de huidige stand der techniek. Ikzelf gebruik een 3m Andrews prime focus schotel en ontving als eerste station DL0EF, die met een 10m Schotel en 100Watt werkt. Hieronder een plaatje van het analoge signaal, zoals dat hoorbaar en zichtbaar was. Bij de intreding van snellere computers is het sinds een aantal jaren ook gebruikelijk om een digitale mode te gebruiken. WSJT-65 wordt nu op SHF veelal gebruikt. Deze mode maakt daarbij gebruik van een 65-tal toontjes en een synchronisatie signaal. Het voordeel hierbij is dat de detectie gevoeligheid om een veel lager niveau ligt dan een station in CW mode hoorbaar is. Er is binnen de EME community veel discussie omtrent het gebruik van digitale modes. Dit wil ik buiten het bestek van dit verhaal houden, echter duidelijk is wel dat met het gebruik van deze digitale modes er een mogelijkheid is gecreëerd om met een relatief kleine opstelling al EME verbindingen te kunnen maken. De drempel om eens iets te proberen op EME met relatief geringe middelen is hiermee aanmerkelijk lager komen te liggen, er daar gaat het toch om?

2 De procedures voor het maken van een verbinding blijven gelijk; dat wil zeggen er worden periodes van 1 minuut gehanteerd voor zenden en ontvangen, waarin de benodigde informatie wordt uitgewisseld; Calls, rapport, RR etc. Hieronder een voorbeeld van het JT-65 programma, waarop een QSO te zien is tussen UA4HTS en OK5EME. Signaal sterkte van -12dB ontvangen door OK5EME, terwijl UA4HTS het tegenstation ontvangt met -19dB. Niveau's die in een CW filter niet te horen zijn, maar in de JT mode duidelijk zichtbaar zijn. 10GHz ontwikkeling. Terugkerend naar het onderwerp van dit verhaal, heeft deze ontwikkeling ook een duidelijke invloed gehad op de interesse in EME op 10GHz. Als we uitgaan van een modaal station waarbij de eigen echo s van de maan terug te horen zijn, kom je op een antennegrootte van 3m en een RF vermogen van zo n 25-40Watt afhankelijk van de gevoeligheid van de ontvanger. Een grotere antenne lijkt interessant, want er wordt dan meer versterking verkregen, echter het blijkt dat een 3m schotel op 10GHz de maan volledig belicht, terwijl een grotere schotel slechts een deel van de maan gaat belichten. De reflecties zijn dan ook grilliger hetgeen de ontvangst kan beïnvloeden. Een schotel van 1.5 tot 3 m is prima bruikbaar in combinatie met een vermogen van bijv W. Het gebruik van JT-65 blijkt in de praktijk op 10GHz niet ideaal te zijn. Hiervoor heeft Joe K1JT een variant ontwikkelt; JT-4 die gebruik maakt van slechts 4 tonen en geen synchronisatie puls. Hiermee wordt alle energie gestoken in 4 toontjes. De signalen op 10GHz vertonen afhankelijk van de maanstand een aurora achtig gedrag, dat spreading of smear wordt genoemd. JT-4F kan hier goed mee omgaan omdat de afstand tussen de 4 toontjes veel groter is dan bij JT65c het geval is en het blijkt dat er betrouwbare decodes worden verkregen. Wel blijft de voorwaarde voor het gebruik van de JT modes dat de frequentie en tijd nauwkeurig moeten zijn. Rex, VK7MO heeft de laatste tijd veel portable verbindingen gemaakt met deze mode en G4WDG als tegenstation ( 3m Schotel, prime focus). Hij gebruikt hierbij een antenne met een diameter van 77cm en een RF power van 45Watt. Hij werkte in eerste instantie met de JT65c mode, dat ondanks de negatieve verwachtingen bijzonder goed functioneerde.

3 Onderstaand schermcopie laat het JT-4 programma in werking zien aan de linkerzijde van het scherm, terwijl aan de rechterzijde het LINRAD programma draait dat als interface wordt gebruikt voor het JT programma.

4 Ook onze eigen Hans, PA0EHG heeft aangetoond dat met een minimale opstelling al interessante resultaten geboekt kunnen worden en hierover al diverse demonstraties en lezingen gegeven. Hij gebruikte een antenne van 55cm en een Statelliet LNB Avenger ( ruisgetal: 1.8dB ) met daaraan gekoppeld een FUNCUBE Dongle. Als Software gebruikt Hans Spectravue om de FUNCUBE te besturen. Hiermee toonde hij aan dat het 10GHz EME baken DL0SHF waarneembaar is in de low power mode. Ook met de JT65 software heeft hij een decode gekregen van dit baken. Zie screendump, hieronder. Met enige ervaring kon Hans later ook Charlie, G3WDG, horen, die met een 3m schotel werkt. De LNB was wel erg temperatuur gevoelig waardoor de frequentie nauwkeurigheid te wensen overliet. Om dit verder in de hand te houden is later uitgeweken naar een convertersysteem met een stabiele LO en een pre-amp met een ruisgetal van 0.7dB Dopplershift. Belangrijk te realiseren is dat op 10GHz de dopplershift als gevolg van de positie van de maan tot zo n 25kHz kan oplopen. Dopplershift treedt op in de vorm van een frequentieverschuiving omdat de aarde (en jouw positie daarop) en de maan voortdurend ten opzichte van elkaar bewegen. Veel transceivers zullen hiermee een probleem hebben als je dit zou willen oplossen door gebruik te maken van de RIT functie. Het gebruik van een 2 e VFO is dan een goede oplossing. Overigens moet je je realiseren dat tijdens het gehele traject van maan opkomst tot maan ondergang deze dopplershift constant wijzigt, en dus het 2e VFO ook continue moet worden bijgesteld om het tegenstation te blijven waarnemen. De laatste versie van WSJT-X geeft hierbij de mogelijkheid om via de CAT verbinding dit automatisch te kunnen laten verlopen. Een driver voor de meest gangbare transceivers is hiervoor aanwezig.

5 Voorversterker. Een goede voorversterker is, zeker als er een kleine antenne wordt toegepast, een absolute must. Het zelfbouwen van een goede voorversterker op deze frequenties is geen eenvoudige opgave. De meeste ontwerpen stranden uiteindelijk met een ruisgetal zo rond de 1dB, en dat is best heel aardig. Lang was de standaard een voorversterker die door de firma Kuhne (DB6NT) commercieel op de markt wordt gebracht. Als alternatief is een voorversterker door Ron, DU3BC, ex PA3BPC gemaakt, die qua specificaties toch weer een tikkeltje beter is. Beiden maken gebruik van een golfpijp ingang, waardoor er minimale verliezen aan de ingang van de voorversterker optreden. Zelfs de toepassing van een koppelcondensator aan de ingang is hier al funest wil je goede resultaten behalen. Momenteel ligt het laagst gemeten ruisgetal op 0.52Db (DU3BC-versie). Door een golfpijpschakelaar toe te passen kan ook zonder problemen RF vermogen aan de antenne worden aangeboden. Een sma relais daarentegen wordt gespecificeerd tot een maximum vermogen van 25Watt en zal ook meer verliezen geven. Pre-map van DU3BC

6 RF vermogen. TWTA s zijn de norm als het gaat om het opwekken van het benodigde vermogen. Veel stations werken met een nominaal vermogen van zo n 30Watt. FET s waren al langer beschikbaar maar voor EME nog niet de versies die interessant zijn om het vermogen te maken dat nodig was. De recente ontwikkelingen gaan nu toch richting solidstate. De beschikbaarheid van moderne vermogens FET s voor deze frequentie geven nu de mogelijkheid om zo n 30Watt per FET te genereren. Zeker in een combinatie van 2 van deze FET s kan een riant vermogen van 50Watt worden gemaakt. G4WDG heeft hier inmiddels al veel ervaring mee opgedaan en gebruikt deze solidstate versterker in zijn systeem. Voorbeeld 10GHz SSPA ( G3WDG )

7 Polarisatie. Op de meeste banden boven 1 GHz wordt bij EME gebruik gemaakt van een circulair gepolariseerd antennesysteem. Hiermee wordt de invloed van de Faradayrotatie te niet gedaan, Faraday rotatie is een bekend verschijnsel, waarbij de polarisatie van een signaal door invloed van de troposfeer van polarisatie kan veranderen. Het is, nog, een onberekenbaar fenomeen en de snelheid van verandering is gerelateerd aan de gebruikte frequentie. Om minimale verliezen te krijgen wordt gebruikgemaakt van een straler met een zogenaamd septum. Hierbij wordt door het septum vanuit een lineair gepolariseerd een circulair gepolariseerd signaal gegenereerd (TX), of omgekeerd (RX). Omdat de feed passief is kun je meteen de RX en TX aansluiten. Standaard is rechtsom gepolariseerd zenden. De verliezen in een dergelijke opstelling zijn minimaal in vergelijking tot de vroeger vaak gebruikte phase stukjes om te komen tot een circulair gepolariseerd signaal. Principe van Septumfeed Op 10GHz is circulaire polarisatie nog een discussie. Tot op heden wordt voor Europa verticale, dus lineaire, polarisatie gebruikt, terwijl in USA horizontale polarisatie wordt toegepast. Hiermee kan een station in Europa toch ook Amerikanen werken omdat het van de maan teruggekaatste signaal daar horizontaal aankomt vanwege de geografische ligging ten opzichte van Europa. Door de toenemende activiteit op deze band, zal het voorkomen dat er verbindingen gemaakt worden tussen locaties die niet het voordeel hebben zoals net aangegeven tussen Europa en USA. Circulair polariseren is dan een oplossing; of zou een van de stations een mogelijkheid moeten hebben om zijn polarisatie aan te kunnen passen. Recentelijk is Bruce PY2BS actief geworden op 10GHz. Hij heeft ervoor gekozen om zijn polarisatie te kunnen instellen, en dus per verbinding te kunnen optimaliseren. Hierbij is de complete transverter inclusief pre-amp en SSPA op een roteerbaar deel in de focus van de schotel gemonteerd.

8 Opstelling van Bruce PY2BS Bert, PE1RKI heeft inmiddels al wat verschillende septumfeed stralers gemaakt voor toepassing op 10GHz. Voorbeeld van Septum Feeds voor 10Ghz ( PE1RKI ) Antennebesturing.

9 Naarmate de frequentie hoger wordt en de antennes groter, wordt het belangrijk om een goed besturingssysteem te gebruiken om de antenne op de maan te houden. Met een antenne van 3m en een goede voorversterker is het zeker mogelijk om maanruis te detecteren, waardoor het volgen van de maan wat eenvoudiger wordt; althans is het mogelijk om dit ook zichtbaar te maken. Met mijn antenne kan ik rond de 1-2dB maanruis detecteren, door achter de voorversterker een 3dB splitter op te nemen waarbij een tak naar een standaard satelliet LNB gaat. Deze transformeert het signaal naar beneden in het frequentie gebied Mhz. Door toepassing van een AD8307 converter, die wordt gebruikt als powermeter gevolgd door een tweetal trappen DC versterking met variabele off-set kan een volle schaal meter uitslag worden verkregen, waarbij heel duidelijk zichtbaar wordt hoe snel de maan zich wel beweegt. Binnen een minuut zie je dan de maanruis verdwijnen, waarbij de antenne dus weer geoptimaliseerd moet worden. Dit alleen al vergt de nodige aandacht, los van het feit dat je bezig bent om een verbinding te maken en tussendoor ook nog de frequentie corrigeert voor het doppler effect. Alleszins dus de moeite waard om dit te automatiseren. In het Novembernummer van ELEKTRON, beschrijft Harke PA0HRK een oplossing die hij voor zijn portable station gebruikt. Zeker de moeite van het lezen waard en een fraaie oplossing. Daarnaast zijn er nog een aantal systemen die bruikbaar zijn, zoals die van OE5JFL en VK5DJ. Overigens kan de elektronische besturing heel nauwkeurig zijn; de mechanische uitvoering moet ook zeker de nodige aandacht hebben om geen roet in het eten te gooien. Elke mechanische speling zal zich direct openbaren in hoe de elektronica hiermee om kan gaan om tot het goed volgen van de maan te komen binnen de benodigde openingshoek van de antenne.

10 Bij opstellingen met kleinere antennes is de maanruis niet waarneembaar en bij portabel gebruik is het dan ook een hele tour om de maan te vinden. Elevatie zal niet direct een probleem vormen als een inclinometer wordt gebruikt, maar voor azimuth is het gebruik van een GPS systeem aan te bevelen om goede locatie info te krijgen. Eventueel optimaliseren op een sterk station kan natuurlijk ook, maar dan moet je toch al wel een grove richting naar de maan hebben gevonden. Het kan handig zijn een kijkertje of een camera aan de antenne te bevestigen om de maan in de gaten te houden. Dit werkt natuurlijk alleen onder goede weersomstandigheden. Antenne. Natuurlijk zou een parabool schotel van 3m ideaal zijn om toe te passen, maar niet iedereen heeft de mogelijkheid om zoiets te plaatsen. Daarnaast is de beschikbaarheid van deze antennes inmiddels behoorlijk afgenomen. Het gebruik van bijvoorbeeld een veelvuldig aangeboden schotel bedoeld voor de ontvangst van Satelliettelevisie is dan een betere optie. Dit zijn meestal zogenaamde off-set type antennes waarbij de straler onder het midden van het brandpunt hangt. Het voordeel hierbij is dat en geen blinde vlek in het stralingsdiagram van de antenne zit, omdat de straler niet in het brandpunt zit zoals wel het geval is bij prime focus type antennes. Als de straler meer dan alleen de reflector belicht heeft dat een negatieve uitwerking op de totaal performance van het systeem. Er wordt dan ook ruis opgepikt van de warme aarde. Bij een prime focus antenne gebeurt dit ook en kijkt de straler altijd naar de warme aarde, terwijl bij een off-set schotel dit veel minder het geval is. In de professionele wereld zou dan een off-set cassegrain systeem de ideale oplossing vormen. Hierbij wordt op het brandpunt een 2e bolvormige spiegel geplaatst die het signaal weerkaatst naar de grote reflector. De straler kijkt dan altijd naar de koude hemel als deze de bolvormige spiegel overbelicht.

11 Terugkerend naar de beschikbare off-set satellietschotels zou een grootte van bijvoorbeeld 1.2m goed bruikbaar zijn voor onze EME toepassingen. De TRX kan hierbij bijna direct aan de straler worden gemonteerd zonder dat de effectiviteit van de antenne wordt aangetast. Hiermee heb je ook gelijk de minste verliezen tussen straler en ontvanger / zender. Hieronder een foto van de opstelling van PA0HRK die met zijn 1,1m schotel en een DB6NT voorversterker, 0.2 db maanruis detecteert en al vele stations op 3cm heeft waargenomen. Zowel digitaal als in cw. Opstelling 10GHz EME station Harke, PA0HRK. Conclusie Gezien de ontwikkelingen van de laatste periode lijkt 10GHz EME een voor meerdere bereikbaar deel van onze hobby om eens wat activiteit te ontwikkelen. Referenties: DL0SHF beacon PA0EHG: PA0HRK: PA0PLY:

12 PE1RKI: WSJT info: