EME na 24 GHz v současnosti
EME 24 GHz
Jak na to ? • Antény – s jak velkou anténou to zkoušet ? • Zařízení – parametry RX/TX • Provoz – odlišnosti CW a JT • Shrnutí
EME na 24GHz – anténa(1) • Přesná parabola, nejlépe off-set-ka, pro CW větší než 1.5+ m, pro JT už od ≈ 60 cm, v obou případech vůči anténě ≥ 3m ! • Mechanicky stabilní montáž paraboly (fixní ↔ portable) • Celková odolnost proti větru (změna tvaru, havárie) • Mechanická stabilita ozařovače v ohnisku při Az-El pohybu • Vertikální osa otáčení v azimutu musí být svislá ! • Mechanické vyvážení při pohybu v elevaci (závaží) • Koincidence elektrické a mechanické osy paraboly – poloha držáku v ohnisku (čím menší f/D, tím citlivější)
• Ovládání posuvu v Az a El s malou mechanickou vůlí, zejména při dálkovém ovládání (motory-brzda, servomechanismy)
EME na 24GHz – anténa(2) • Úhlové stupnice Az-El s možností korekce mechanické polohy stupnice při ručním sledování • Přenos údajů Az-El dálkově k operátorovi (elektrická korekce) • Korekce absolutních úhlů Az-El : portable ↔ fixní velká anténa ( obvykle maximum šumu Slunce, případně Měsíce )
• Automatické sledování Měsíce žádá přesnost několik desetin stupně ( ø 100 cm: HPBW ≈ 0.88°/-3dB → cca ±0.44° /-1dB !! )
• Možnost změny polarizace ozařovače V/H ( resp. o 90° ), případně plynule otočná LP • Pozor na souosost zářiče s osou paraboly při otáčení !
EME na 24GHz – anténa(3) • Maximum G/T žádoucí, zejména nízká šumová teplota antény • Pros: Off-set-ka lepší než středová menší šumová teplota • Pros: Menší „zastínění“ ozařovačem & transvertorem, zejména u malé antény • Cons: Náročnější mechanika držáku v ohnisku • Cons: Náročnější nastavování, zejména při „portable“
• Optimální ozařovač pro dané f/D prime focus ↔ off-set • Možnost změny polohy ozařovače koincidence s elektrickou osou paraboly !
• Měřič šumu (BW ≈ něk.MHz) na IF či SDR („continuous mode“) • Stabilní výchylka s rozlišením na desetiny dB • Problém „wide-band“ i „narrow-band“ rušení roste a roste !
24 GHz EME – parametry RX/TX (1) • Minimální útlum mezi vstupem LNA i výstupem TX a ústím ozařovače paraboly WG přepínač nutností ! (specialita RW3BP: „duo ozařovač“ off-set-ky bez WG přepínače)
• LNA < 2dB (G>25dB při NFRX <10dB) těsně u WG přepínače ( LNA DB6NT NF≈ 1.5dB ↔ T≈ 120K při 17°C )
• Stabilita a absolutní přesnost kmitočtu žádoucí pro CW/JT a nezbytná při automatické kompenzaci Dopplera • Synchronizace transvertoru (GPS, Rb, ….) • Stabilita IF transceivru při změně teploty (okolí, TX)
• Automatická kompenzace Dopplera RX/TX umožňuje JT QSO při úrovni a „spread-u“ signálu, kdy seriózní CW QSO již není možné stačí na jedné straně
24 GHz EME – parametry RX/TX (2) • Výkon TX-u oboustranně větší než 10W co nejblíže WG přepínači s anténou > 60 (100) cm pro JT4 (CW) QSO s anténou větší než 3 m při oboustranné elevaci Měsíce větší než 20° • Min. výkon TX-u úměrný kvadrátu průměru antény a (1/sin El), zejména při elevaci pod 20° a to na obou stranách
• Optimalizace ozáření paraboly pro maximální G/T : • u malé antény (s HPBW >> Moon) maximum šumu Slunce (Měsíce) • U velké antény (HPBW << Moon) velmi složitý proces ! Je třeba nalézt kompromis maxima šumu Měsíce a současně maxima G/CS posunem ústí ozařovače o ±mm !
24 GHz EME – provoz CW/JT (1) • Plánování QSO (sked-u) na oboustranně vhodnou dobu je zásadní pro úspěch s malou anténou vyžaduje malý spread, malý útlum atmosféry, Měsíc v perigeu :
• Protikladné požadavky ! • Vzájemný malý spread signálu žádá co nejmenší elevaci východ či západ Měsíce rychle roste útlum atmosféry ! • Malý útlum atmosféry žádá Měsíc > 20° velký spread ! • Malý útlum atmosféry žádá malou vlhkost vzduchu na obou stranách přes zimu (od podzimu do jara) optimální ! • Měsíc v perigeu útlum trasy -2.2dB vůči appogeu !
• Optimum s malým „spread-em“ a malým útlumem : jen několikrát za měsíc podle polohy stanic na zeměkouli ! • Nejnáročnější QSO je s protinožci optimum podzim / jaro !
24 GHz EME – provoz CW/JT (2) • Pozor: Nejen Doppler, ale i librační „spread“ u vlastního odrazu (echa) a vzájemný „spread“ (při QSO) se liší ! • Pro velkou anténu (ø > 2m) závisí librační „spread“ lineárně na šířce svazku antény čím užší svazek, tím menší spread ! • Librační „spread“ při úzkém svazku antény nezávisí na přesnosti směrování na střed Měsíce, pokud svazek nezačne přezařovat Měsíc !
• Výkon přijímaného (odraženého) signálu rychle klesá při odchýlení úzkého svazku od středu Měsíce čím užší svazek, tím důležitější je směrování na střed Měsíce ! • Tedy čím užší svazek, tím menší je přijímaný výkon od protistanice s malou anténou, ozařující rovnoměrně celý Měsíc !
Výkon odrazu podle kmitočtu při konstantním ozáření Měsíce
HPBW=0.2°
Vlhkost atmosféry: šum oblohy na 24GHz (ø4.5m) (1)
Vlhkost atmosféry: šum oblohy na 24GHz (ø4.5m) (2)
Odhad šumu Měsíce („close“ / „zenith“) na 24GHz pro typické parametry Moon [K) 180
Moon noise "zenit" HPBW=2*M
∑L [dB]
Tm [K]
M close [dB]
M far [dB]
M close [dB]
M far [dB]
1.5 1.6 1.7 1.8 2.0
120 129 139 149 170
245 258 270 283 311
3.4 3.3 3.2 3.1 2.9
1 1 1 1 1
3.7 3.8 3.9 4.0 4.2
143 143 143 143 143
1.4 1.3 1.3 1.2 1.2
2.0 1.9 1.8 1.8 1.6
0.4 0.4 0.4 0.3 0.3
0.6 0.6 0.5 0.5 0.5
1.6
129 20 0.29 0.2 0.40 2.5 224
3.6
1
3.5
143
1.5
2.1
0.4
0.6
129 40 0.56 0.2 0.40 2.8 258
M at 10° 3.3 1.8 4.6
119
0.9
1.6
0.2
0.5
1.6
40 40 40 40 40
0.56 0.56 0.56 0.56 0.56
Feed & Atm. RX RX Šum WG zenit zenit zenit země SW
0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
0.40 0.40 0.40 0.40 0.40
2.7 2.8 2.9 3.0 3.2
Atmosphere att. Moon at 15 °
Tnf Ta Ta L L ∑L ∑T G/CS ΔL [K] [K] [dB] [dB] [dB] [dB] [K] [dB] [dB]
Dish Noise (dBkTa)
NF [dB]
RX RX Noise Noise Figure (Tnf)
Dish Noise (Ta)
Moon noise "close" HPBW=2*M
ø 4.5 m ø 4.5 m ø 1.05 m ø 1.05 m Moon noise "zenit" HPBW<<M
290
Moon noise "close" HPBW<<M
Tamb [K]
RX Moon El=15° El=15°
24 GHz EME – provoz CW/JT (3) • Pozor na včasnou volbu polarizace podle protistanice ! • Depolarizační útlum do cca ±30° pod 1dB, pak rychle roste ! • EU pro MW EME typicky V CP stále s ? (převaha LP trvá)
• Pro CW QSO na MW se stále podceňuje důležitost malého „spreadu“ pro úspěšnost pokusu: • „Spread“ např. z 200Hz →50Hz +6dB na signálu !
• Pro JT QSO přinesl vývoj WSJT velké vylepšení modu JT4: • Schopnost dekódovat slabé signály s velkým spread-em • Schopnost poradit si se změnou Doppler-u během RX relace • Jako optimální mód byl dohodnut mód JT4F • Citlivost JT4F je na MW celkově srovnatelná s JT65C
24 GHz EME – provoz CW/JT (4) OK1KIR 24GHz EME test 2011,May 13-14 rel. time [min]
Absolute time [UT]
Spread predicted [Hz]
Moon el [°]
Audio file
Own echoes recordings
1
23:55
26
11
1
EME 24GHz - OK1KIR_audios\ok1kir echo_13.05.2011_23.55 UT_spread 26 Hz_el 11deg_a.mp3
10
00:04
14
10
2
14 15 16
00:08
11
9
00:09
10,7
9
00:10
11
9
3 4 5
18
0:13
13
9
6
EME 24GHz - OK1KIR_audios\ok1kir echo_14.05.2011_00.04 UT_spread 14 Hz_el 10deg_a.mp3 EME 24GHz - OK1KIR_audios\ok1kir echo_14.05.2011_00.08 UT_spread 11 Hz_el 9deg_a.mp3 EME 24GHz - OK1KIR_audios\ok1kir echo_14.05.2011_00.09 UT_spread 11 Hz_el 9deg_b.mp3 EME 24GHz - OK1KIR_audios\ok1kir echo_14.05.2011_00.10 UT_spread 11 Hz_el 9deg_b.mp3 EME 24GHz - OK1KIR_audios\ok1kir echo_14.05.2011_00.13 UT_spread 13 Hz_el 9deg_b.mp3
19
0:14
14
9
7
EME 24GHz - OK1KIR_audios\ok1kir echo_14.05.2011_00.14 UT_spread 14 Hz_el 9deg_b.mp3
Demonstrace významu malého „spread-u“ pro CW EME na MW 24 GHz
24 GHz EME – provoz CW/JT (5) • Manuální sledování Měsíce (časté při portable) je během QSO velmi náročné na neustálý dohled a obsluhu při „single op“ provozu: • při CW velmi obtížné , zejména při TX • při JT ještě zvládnutelné • Automatické sledování Měsíce nezbytné pro seriózní provoz • Pozor na potřebnou přesnost sledování podle svazku antény HPBW = 70 * (λ/D) • Řízení (převody, motory, servomechanismy, …. ) • Vhodný SW (F1EHN apod.)
24 GHz EME – provoz CW/JT (6) LX1DB_24G_13.03.2011_short sample_LPF Mutual max.spread 340Hz 130 Hz ( HPBW≈0.2°; antény 4.5 & 3 m)
LX1DB_24G_13.03.2011_short sample_LPF
24 GHz EME – provoz CW/JT (7) • JT4F demo: EA3XU-OK1KIR_EME 3cm_22.10.2013 (1)
24 GHz EME – provoz CW/JT
(8)
EA3XU-OK1KIR_EME 3cm_22.10.2013
(2)
Audio files: EA3XU_131022_195700 ; EA3XU_131022_201500
24 GHz EME – provoz CW/JT
(9)
EA3XU-OK1KIR_EME 3cm_22.10.2013 on Spectran
(3)
JT4F odstup tónů 157.5Hz
JT sync 1270Hz
Audio files: EA3XU_131022_195700 ; EA3XU_131022_201500
24 GHz EME – provoz CW/JT
(10)
EA3XU-OK1KIR_EME 3cm_22.10.2013 (4)
Demo JT4F WSJT 9.5_3281
24 GHz WR 17403km VK7MO-G3WDG on 5.3.2014 VK7MO 1.14m, ≈10W, LNA DB6NT≈1.5dB; G3WDG: 3m,10W QSO: 9:10 … 10:24 UT Mode: JT4F Moon: 15°…4° (VK7MO) ↔ 6°…17.5° (G3WDG) Spread ≈180Hz(max)100(beam)w(50)≈60 Hz Dgrd: ≈ 1.2dB Mutual Doppler: 10.5…14.3 kHz Both GPS locked, automatic Doppler correction at VK7MO
VK7MO na Mt Wellington ve výšce 1270 m
VK7MO EME 24 GHz zblízka: Vlevo SSPA 10W Dole transverter a BA Nahoře dalekohled, Pod ním WG switch Vpravo dole elevace Pod ním klička azimutu Vlevo vodováha !!
24 GHz EME – shrnutí (1)
OK1KIR: Prime focus dish 4.5m, f/D=0.42, 24GHz TRX v ohnisku www.ok1kir.cz
