OVER 24 GHz … INLEIDING Aanleiding voor het schrijven van dit artikel was de geslaagde verbinding op 24 GHz met ON4CP in de mei-contest van 2002. Toen ik achteraf aan Hans Wagemans ON4CDU vertelde dat tijdens dit QSO mijn antenne op een elevatie van maar liefst 16 graden gezet moest worden voor signaal-maximum (de verbinding verliep via regenscatter) vroeg hij me eens iets op papier te zetten over de ervaringen met elevatie-verstelling. Dat doe ik graag, waarbij ik gekozen heb voor een iets uitgebreider verhaaltje, meer een historisch overzicht, afgesloten met een korte beschrijving met wat beeldmateriaal van mijn huidige 24 GHz-station, en tenslotte een opsomming van gemaakte initiële verbindingen.
LOCATIE/QTH Mijn QTH bevindt zich in het oosten van Nederland, dicht tegen de Duitse grens (locator JO31FX). Het is bepaald geen super-stek, het maaiveld ligt op 18 m boven zeeniveau (zie Afbeelding 1). Een vrijstaande telescopische vakwerkmast maakt het mogelijk om net boven het geboomte uit te komen (tophoogte ca. 25 m).
ANTENNES 2 M t/m 6 MM
EME-GROEP 70 cm
Afbeelding 1
QTH van PA0BAT (mast slechts gedeeltelijk uitgeschoven)
1
In de mast (zie Afbeelding 2) bevinden zich de antennes voor 2 m, 70 cm, 23 cm, 13 cm, 9 cm, 6 cm, 3 cm en 12 mm (en inmiddels ook 6 mm, nog niet zichtbaar op de afbeelding). De transverters vanaf 9 cm zijn eveneens in de mast gehangen, om excessieve kabelverliezen te voorkomen.
23 CM (2 x 35 ELEM.)
12 MMTRANSVERTER 3 CMTRANSVERTER
3 CM / 12 MM (80 CM OFFSET) 2M ( 13 ELEM.) 70 CM (21 ELEM.)
13 / 9 / 6 CM (120 CM)
23 CM - / 13 CMVOORVERST. 9 CM - / 6 CMTRANSVERTERS
Afbeelding 2
Antennepark
HET BEGIN OP 24 GHz Reeds rond 1988 ben ik begonnen met experimenten op 24 GHz. De eerste bouwsels, bestaande uit op een golfpijp gesoldeerde teflon substraatjes, werkten niet best. Met name de koppelingen tussen de diverse versterkertrappen (zelf te maken koppelcondensatoren) gaven problemen. De projectjes verdwenen uiteindelijk in de schoenendoos.
2
In de loop van 1994 maakte ik een nieuwe start, met de inmiddels befaamde mixer van DB6NT (ca. 0,2 mW output). Bij gebrek aan een tegenstation heb ik maar meteen twee transverters gebouwd (waarvan één verplaatsbaar, op een statief). Beide stations waren voorzien van een 25 cm schotelantenne. Uiteindelijk leidde dat, begin 1995, tot het eerste "echte" QSO, met Wim PA3AOH/P, over een afstand van ca. 1 km. Vervolgens gebeurde er weer een tijdje niets. Totdat in de maart-contest van 1996 opeens Peter DL4BBU/P ten tonele verscheen, die vanaf zijn 250 m hoge "Halde" in de buurt van Dorsten (ca. 50 km afstand) een verschrikkelijk hard signaal op 10 GHz neerzette, en vertelde ook 24 GHz-apparatuur te hebben. 50 km op 24 GHz, dat zou te mooi zijn, zou dat mogelijk zijn? Misschien wel, maar zeker niet met slechts 0.2 mW. Afijn, de volgende contest hing een inmiddels gemaakt bakenzendertje (ca. 20 mW output) in de mast. En zowaar, DL4BBU/P kon het signaal horen! Dit motiveerde voldoende om de 24 GHz -zaken met meer voortvarendheid op te pakken. In de oktober-contest van 1996 had ik ook provisorisch de ontvanger bij het bakenzendertje in het kastje geprutst, en werd voor het eerst DL4BBU/P gewerkt.
HET VERVOLG Inmiddels was duidelijk geworden dat een echte transverter met zo'n 50 - 100 mW output en een ruisgetal kleiner dan pakweg 4 dB nodig zou zijn om echt wat te kunnen doen op 24 GHz. De ontwerpen van DB6NT (gepubliceerd in DUBUS) wezen de weg. Zeker toen hij op zijn substraatjes de nog steeds zelf te maken koppelcondensatoren wist te vervangen door 1/4¼-golflengte-koppelingen, en door de toepassing van nieuwe GaAs-FETs (NE325), werden de modules nabouwbaar en reproduceerbaar. Met 2 FETjes parallel kon ca. 100 mW output bereikt worden, en bovendien kon de NE325 een ruisgetal van ca. 2,5 dB realiseren. E.e.a. is uitgevoerd in golfpijp-techniek, bouwsels met SMA-connectoren heb ik nooit goed aan de praat kunnen krijgen. Bovendien wilde het niet goed lukken met de mooie aluminium behuizingen (aardingsproblemen en dus oscillaties); dit probleem werd overwonnen door alle versterkertjes in blikjes te bouwen, zodat de substraatjes degelijk vastgesoldeerd konden worden. Door met een vierpoort-golfpijpschakelaar de versterkerketen bij zenden om te draaien was het mogelijk om dezelfde versterkerketen zowel bij zenden als ontvangen te gebruiken, scheelde weer een versterkertrapje! Succes bleef niet uit. De brug naar het westen van Nederland werd geslagen (PA0EZ, PA0EHG, PE1JBK). Hiervoor waren wel condities nodig, het bleef een moeizame zaak om op 24 GHz verbindingen te maken. Toch leek het me wel aardig om dichter in de buurt ook meer te kunnen experimenteren (dat bracht bovendien veel zekere contest-punten aan). Het tweede (verplaatsbare) station werd dus ook technisch opgekrikt, en dat heeft inmiddels heel wat door de regio rondgezworven (o.a. PI4AJS, PB0AOL). In deze tijd ontstond ook het contact met Hans DK2MN, zijnde het hardste station dat ik op 10 GHz hoorde, dus bood ik hem mijn tweede station aan voor in de contesten. Het virus sloeg over, hij had binnen de kortste keren zijn eigen 24 GHz-station. Het aantal gemaakte verbindingen bleef beperkt. Probleem is (en blijft, vrees ik) dat veel stations alleen "portable" bedreven worden tijdens contesten, en dat er maar zeer weinig vast opgestelde 24 GHz-stations zijn waarmee op ieder gewenst moment getest kan worden, en langdurige propagatiewaarnemingen gedaan kunnen worden.
3
TECHNISCHE VERBETERINGEN Wat kon er nu nog verbeterd worden? Ontvangstmatig was er niet veel meer te halen. Zendermatig wel, maar dat zou gepaard gaan met onevenredig hoge kosten. De antenne dan? Jazeker, daar waren nog mogelijkheden. De schotel in de mast was inmiddels vervangen door een exemplaar van 40 cm, belicht met een Procom-straler. Een eenvoudige doch verre van perfecte oplossing, je kon makkelijk vaststellen dat bijna de helft van de schotel (boven- en onderkant) nauwelijks belicht werden. Een fikse upgrade werd doorgevoerd. Een 80 cm-offsetschotel aangeschaft, met daarin de straler voor 10 GHz en daarboven een rechthoekige hoornstraler voor 24 GHz (deze bleek bij testjes met verschillende straler-types het best te functioneren) ( zie Afbeelding 3). Consequentie hiervan was dat er een elevatie-besturing moest komen. Maar die wilde ik toch al hebben: enerzijds om maximaal van regenscatter op 10 GHz (en ook op 24 GHz) te kunnen profiteren, en anderzijds omdat ik me realiseerde dat een antennemast altijd iets uit het lood staat (al dan niet onder windbelasting); dan is 1 graad niet veel, en dat is wel een bundelbreedte op 24 GHz bij een 80 cm-schotel!
ELEVATIE-VERSTELLING (IN PVC-PIJP) 12 MM - TRANSVERTER
12 MM - STRALER
3 CM - STRALER
ELEVATIEHOEK-OPNEMER
Afbeelding 3
Antennesamenstel voor 3 cm / 12 mm (liggend op de grond)
4
De elevatie-besturing heb ik gemaakt met een "raamuitzetter", werkend op 12 V; je kunt natuurlijk heel goed een actuator van een satellietantenne gebruiken. De absolute elevatiehoek meet ik met een elektronische waterpas (zie Afbeelding 4), en is middels een digitale voltmeter in de shack afleesbaar met een resolutie van 0,1 graad. De elevatiehoek is instelbaar van ca. -5 tot +30 graden.
Afbeelding 4
Elektronische waterpas als elevatie-hoekopnemer
Onzeker was of zo'n relatief grote schotel op 24 GHz in azimuth nog te richten zou zijn. Dat bleek geen probleem, hoewel ik een doodgewone KR-400 antennerotor gebruik (gewoonlijk maak je met een station toch eerst een verbinding op 10 GHz; de antenne staat dan tevens vrijwel goed uitgericht voor 24 GHz). De laatste modificatie dateert van ongeveer twee jaar geleden, toen ik in het bezit kwam van een commerciëel moduul dat ca. 600 mW output maakt bij een versterking van ruim 40 dB. Gezien de hoge versterkingsfactor heb ik bij deze wijziging het principe van de "omkerende versterker" losgelaten, omdat de gebruikte vierpoort-golfpijpschakelaar slechts een beperkte isolatie heeft tussen de poorten (en daardoor een grote kans bestaat op oscillaties); zender en ontvanger hebben nu gescheiden versterkerketens.
5
STATIONSBESCHRIJVING Het blokschema van mijn huidige 24 GHz-transverter is getekend in Afbeelding 5. Voor een foto ervan zie Afbeelding 6. De illustraties spreken voor zich. Als detail zou ik hooguit nog willen vermelden dat een in het kastje aangebracht verwarmingselement (= 2 x 2N3055) samen met een differentiaalthermostaat (één temperatuuropnemer in het kastje en één aan de buitenzijde) ervoor zorgt dat de binnentemperatuur altijd enkele graden hoger is dan de buitentemperatuur, zodat er in principe geen condensatie kan plaatsvinden. Bovendien zijn alle blikjes behandeld met Hammerite, om roestvorming te voorkomen. De TCXO is altijd ingeschakeld.
POWER AMPLIFIER
600 mW
MULTIPLIER X 96
OUTPUTMONITOR
SERVO + BESTURING
PREAMPLIFIER
KLIMAATREGELING
Blokschema 24 GHz-transverter
6
ANTENNE
125.25
VIERPOORTSCHAKELAAR
TCXO
Afbeelding 5
RICHTKOPPELING -20 dB
MIXER
12024
144 MHz
24192
OUTPUT-DETECTOR RICHTKOPPELING VIERPOORTSCHAKELAAR MET SERVO EN SERVOBESTURING (1 POORT ONGEBRUIKT)
MIXER BANDFILTER POWER AMPLIFIER ISOLATOR TCXO
MULTIPLIER VERWARMING
VENTILATOR
ONTVANGSTVERSTERKER
BESTURINGSCIRCUIT DIFFERENTIAALTHERMOSTAAT
Afbeelding 6
24 GHz - transverter
7
PROPAGATIE-WAARNEMINGEN Onder normale omstandigheden zijn bij mij geen 24 GHz-bakens hoorbaar. Indien enige inversies optreden komen echter zeer snel de bakens DB0JO in Dortmund ( ca. 90 km) en DB0JK in Keulen (ca. 120 km) door. PI7EHG op Schiphol (ca. 110 km) is bijzonder zelden hoorbaar, maar dit baken heeft een richtantenne die van mij af staat. Andere bakens heb ik nooit gehoord. Gedurende de winter van 2001/2002 kon ik DB0JK vrijwel permanent horen; dat verdween met de stijgende temperatuur in het voorjaar (meer vocht in de lucht, dus hogere trajektdemping). Meestal is er een correlatie tussen de signaalsterktes op 10 GHz en 24 GHz; ik heb echter uitzonderingen waargenomen (de verbinding met ON4CP is daarvan een voorbeeld, op 10 GHz was de signaalsterkte slechts S6, meestal kun je het dan vergeten op 24 GHz; ook DL2DR heb ik enkele keren op 24 GHz kunnen werken terwijl hij op 10 GHz nauwelijks hoorbaar was). Regelmatig heb ik regenscatter waargenomen op 24 GHz. Vreemd genoeg nog nooit bij DB0JK, hoewel dat baken op 10 GHz een uitstekende regenscatter-indicator is! De via regenscatter gemaakte verbindingen vonden altijd plaats met de antenne vrijwel richting tegenstation (binnen +/- 10 graden); side-scatter of back-scatter, zoals veelvuldig voorkomend op 10 GHz, heb ik op 24 GHz nog nooit waargenomen. Het lijkt dat je op 24 GHz een bepaald soort regen nodig hebt (zal te maken hebben met de gemiddelde grootte van de druppels en de hoogte van de bui). Veelvuldige testen met o.a. Wim PA0WWM wezen uit dat bij het optreden van goede scatter op 10 GHz een verbinding op 24 GHz lang niet altijd mogelijk is. De kleinere voorjaarsbuien lijken beter geschikt dan de massieve buien die in de zomertijd kunnen voorkomen. Het door sommigen gemelde verschijnsel dat je bij regenscatter op 24 GHz altijd 2 - 3 graden hoger moet mikken dan op 10 GHz kan ik niet bevestigen; het komt wel eens voor, maar is niet wetmatig, hangt kennelijk ook af van de aard en de positie van de bui. Een feit is echter dat diverse QSO's niet gemaakt hadden kunnen worden zonder elevatie-besturing. Eén ding is duidelijk: 24 GHz is qua propagatie een lastige band, absoluut niet te vergelijken met 10 GHz. Gewoon blijven proberen en volhouden, prachtig voorbeeld was het eerste QSO met Theo PA3AWJ over 131 km, hij had maar 10 mW output! Ook het eerste QSO met Arie PA0EZ is me nog bijgebleven, dat lukte op een zeer mistige avond, terwijl je onder dergelijke omstandigheden juist een bijzonder hoge trajektdemping zou verwachten. En de highlight tot nu toe was het regenscatter-QSO, afgelopen voorjaar, met DB6NT, over de in ons laagland nauwelijks voor mogelijk gehouden afstand van 403 km.
WAT ZAL DE TOEKOMST BRENGEN? Verwacht mag worden dat de grenzen van de mogelijkheden op 24 GHz zeker nog niet bereikt zijn. Geleidelijk aan zien we het aantal stations dat aktief is op 24 GHz gelukkig toenemen, mede door het beschikbaar komen van surplus-apparatuur waarmee eenvoudig zendvermogens hoger dan 1 W kunnen worden opgewekt. Meer aktiviteit zal ongetwijfeld leiden tot het verleggen van de grenzen. Momenteel ligt mijn 24 GHz-station weer op de werkbank voor een nieuwe upgrade, die zou moeten resulteren in een ontvanger-ruisgetal < 1.5 dB en een uitgangsvermogen van ca. 4 W. De toekomst zal ons leren waar de echte 24 GHz-grenzen liggen. We blijven ze verkennen!
8
OVERZICHT INITIËLE 24 GHz-QSO'S PA0BAT DATUM
TEGENSTATION
LOCATOR
12-03-1995
PA3AOH/P
JO31FX
1 km
05-10-1996
DL4BBU/P
JO31LP
51 km
24-01-1997
PA0EZ
JO22OF
90 km
11-03-1997
PA0EHG
JO22HB
129 km
11-03-1997
PE1JBK
JO22MD
119 km
28-04-1997
DK2MN
JO32PC
59 km
03-05-1997
DL3YBY
JO32PC
58 km
04-05-1997
DF7JS/P
JO31KN
54 km
06-06-1997
PB0AOL
JO21WX
28 km
06-06-1997
PA3BRC/P
JO21WX
28 km
06-07-1997
DL0BSA/P
JO32PC
58 km
06-07-1997
DK2PH/P
JO42AE
111 km
06-07-1997
DK3RV/P
JO42AE
111 km
20-07-1997
DJ6JJ
JO31LG
86 km
18-08-1997
PA3AWJ
JO21GW
132 km
03-05-1998
PI4AJS
JO32LG
47 km
07-06-1998
DJ6XV/P
JO32MO
65 km
02-05-1999
DK3UC/P
JO41PU
195 km
11-06-2000
PA3AOH
JO31GW
7 km
14-09-2000
DC9YC
JO31PJ
91 km
06-05-2001
DL2DR
JO31TO
91 km
10-12-2001
DC9KK
JO30NT
127 km
10-12-2001
PA0WWM
JO22FE
139 km
10-12-2001
PA5DD
JO22IC
104 km
04-05-2002
ON4CP
JO20IV
171 km
regenscatter (el. 16o)
05-05-2002
PA6NL
JO21BX
160 km
regenscatter (el. 2o)
11-07-2002
DF9QX/P
JO42DC
126 km
04-05-2003
DL3YEE
JO42GE
144 km
04-05-2003
PA6C
JO33FB
120 km
03-06-2003
DB6NT
JO50TI
403 km
Oktober 2003 Gerard Geesink PA0BAT
9
AFSTAND
BIJZONDERHEDEN
AWJ met 10 mW!
via reflectie torendak
regenscatter (el. 3 o)
10
