月球面反射通信(EME)与卫星通信(BD4SY)

月球面反射通信(EME)与卫星通信(BD4SY)

2009-07-12 08:27:36

说到月球面反射通信(EME),我想很多HAM都会认为这是遥不可及的事,是业余无线电活动通信的装B至高境界,需要有顶级的电台、功放、天线、低噪声前置放大器而且一般人买不起。实践证明如今进行EME通信活动已经不再是国外那些个顶级玩家的高端娱乐活动,国内早就有很多HAM手头上就有能进行EME通信的装备,所以一下就变得很LOW。下面就EME通信的设备情况向大家作一下介绍,希望能对我们BROVE电台开展EME通信起到抛砖引玉的作用。

EME装备

1、要进行2m EME通信,你需要有一台能工作在2m SSB模式的收发机,这个相信很多HAM手头上就已经有了,比如:FT857、FT897、IC706、IC820、IC7000、IC910、FT847、IC746、756、756PROIII......等等,参考国外HAM的经验对于EME来说收发机最重要的二项指标一是接收灵敏度,要求你的电台有足够的接收灵敏度,这个我想以上这些个机器应该都不是问题;二是频率稳定度,常常需要在原机子里面装上TCXO使收发频率更为稳定,但我现在用的IC820就没有TCXO,所以我想这个也不是什么必要条件,当然频率稳定度当然越高越好。

2、进行2m EME通信,需要有一套高增益、低损耗的2m天线系统,其实这个大家都都知道。我一开始采用了一根钻石2m 11单元的八木单,增益在11dB左右,馈线为-9线 9m长。我对该天线系统的评价只有一个字“差”,钻石的天线用来作V/U段本地通信或周边通信应该是不错的,但它有两个缺点,一是它的耐受功率太小,只有50W;二是它的前后比(F/B)太低,在15dB以下,不适合用来做EME通信。其实,要做EME通信,那天线还是自已做吧,相信能做天线的HAM不在少数,自制天线既便宜又好用,我做了四根7单元的,材料费加起来也就400块钱,和一根钻石2m 11单元天线差不多了。关于天线的详细制作资料改天再进行整理。

3、功放和低噪声前置放大器,那就看你能找到什么样的了,网上有很多HL-120vV、160V、180V、200V/50等都带有前置放大器,用起来也差不到哪去,说实话,天线足够好的话,不用也一样能收到信号,我的天线不算很好,但不用前置也一样能收。

4、电脑相信大家都有吧,动手把电台接到电脑上就OK了。电台音频对声卡MIC、电台MIC对声卡音频输出、再用个三极管把电台PTT接到串口上就OK了。另文详述。

5、通信软件采用K1JT开发的WSJT软件,GOOL一下就能找到。关于软件的使用,另文详述。

电磁环境的重要性

今天早上5:00就起床了,为的是能做EME QSO,6:00开始到7:00又成功完成了四次QSO。两天的实验下来,深切体会到电磁环境对EME通信的影响。

我这里除了下半夜24:00以后到早上7:00前这段时间可以用以外,别的时间段本地的电视发射塔的干扰信号能把整个2M段都盖住了,根本不可能做通联。

所以得出一个结论,要做EME通信,最关键的地方不是设备而是电磁环境,干扰严重的地方要开展EME通信,将会非常困难,因为EME的信号实在太弱,干扰会把所有信号掩盖掉。所以在你准备开展EME活动前,还是先了解一下你当地的电磁环境吧,好的电磁环境是EME通信的必要条件。

4X7el 2m八木天线的制作

今天来说说EME通信的关键设备--天线。现在国内最容易买到的业余用V段成品八木天线就是钻石的A144Sxx,要么就是国内的几个爱好者提供的成品八木。但就如我在一开始所说,钻石八木确是好东西,但价格太贵而且用来做EME通信并不合适,主要是因为它的耐受功率太小、前后比太小,不过如果能有四支天线作成天线阵的话我想应该也是可行的,但性价比太低了,不建议采用。国内HAM制作的八木天线性能大同小异,做成天线陈的话应该也是可以的。

我作的天线是DK7ZB设计的28欧姆2m 7单元八木天线,一共是四根,主梁长度3.3m,原本已经做了一根9单元的,但主梁长度达到5m尺寸太大,所以没做下去,改做了7单元的。

图1:我的4×7el DK7ZB天线

单根天线增益在11dB左右,四根的增益约17dB,该天线的详细尺寸DK7ZB的网站上都有。具本尺寸见下表:

振子直径和长度表: 辐射单元直径12mm, 振子直径10mm、8mm或是6mm,振子全部与主梁采用绝缘物

体隔开,只在振子的中间点处用螺丝与主梁连接在一起

表1:7单元八木尺寸表


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关于天线的尺寸问题我这里就不再多说了,就一点,我用的是8mm的管子做的振子和反射器,最后调试的结果是反射器比上面的尺寸长了近2.8厘米。我用的主梁是19*19的不锈钢方管,长度3.3米。

振子与主梁的连接:

图2:振子的固定方法 图3:振子的固定

图4:固定用的4分管卡上部为圆柱形

1、天线的匹配

采用的是DK7ZB网站上的那种匹配方法,实际上就是用两根长度为1/4波长×缩短系数的75欧姆馈线并联串接在主振子和同

轴插座中间。

图5:25欧姆转50欧姆匹配原理图

图6:辐射单元实际制作图

特别说明:同轴座的外壳用铜板或铝板与主梁接通,主振子用一根长度在4CM左右的绝缘棒材套接,振子中间间距是1cm。

关于馈线的缩短系数:1/4波长的长度大家都会算,按照EME常用频率的话中心频率在144.1MHZ为好。缩短系数因为所使用的75欧姆馈线的参数不一样有所变化,一般的取值在0.82左右就可以了,我用的75欧姆馈线的缩短系数最终确定在0.816时最好,我现在使用的是:中心频率144.1MHZ长度为425mm(带屏蔽层的长度)。

图7:1/4波长75欧姆馈线

如要比较精确的话可以象我一样采用以下的测量方法,可先缩短0.82取值,截两段等长的75欧姆线,调到驻波1.05以下就差不多了。如不行就增减缩短系数重复调试,能得到较准确的缩短系数。


图8:缩短系数测量原理图

功分器的制作待续......

一分四功分器的制作

今天我们来谈谈功分器的制作。大家都知道二根、四根、八根天线的堆叠过程中不可或缺的一样东西就是功分器,我一开始最头痛的也就是这部分了,网上有很多关于二功分器、四功分器的原理图,两功分器是用两根1/4波长的75欧馈线分别连接到天线,中间用50欧姆馈线连接下来就行了,功分器的制作有几种方法,具体可参阅DK7ZB网站

一分四功分器我采用了最后一种

图1:四功分器原理图

为使信号损失最小,我采用了1/2"的馈管制作功分器,三个接头处均是直接焊接,并用三个防水盒把接头保护起来。(注:图中四根长度L1尽可能一样长,否则会影响整体效果。)

图2:功分器外观

其实制作这样一个功分器并不象我一开始想象的那样难,只要知道了馈线的缩短系数制作起来还是比较容易的。只是我用的馈管太硬了,弯折和固定起来比较费劲。如果用软馈线的话我想制作起来会很方便。

馈线的缩短系数怎么测量前文已经说过了,当然也可以做好象图1那样的匹配线后,在四个接天线的地方接上四个假载也可以测量的,方法同月球面反射通信(三)中关于缩短系数的测量部分。

功分器全称功率分配器,英文名Power divider,是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件,也可反过来将多路信号能量合成一路输出,此时可也称为合路器。一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。功分器按输出通常分为一分二(一个输入两个输出)、一分三(一个输入三个输出)等。功分器的主要技术参数有功率损耗(包括插入损耗、分配损耗和反射损耗)、各端口的电压驻波比,功率分配端口间的隔离度、幅度平衡度,相位平衡度,功率容量和频带宽度等。

7月14日星期一,今天5点起床准备EME QSO,可惜的是花了1个多小时的时间只做了一个QSO,试了无数次,我收对方信号-19dB左右,对方能收到我的信号但解调不出来,估计是我发射的信号太弱了。这不得不让我重新审视我的天线和功放,功放电流20A大约140W左右,看来这个功率还是太小了,大家要有心里准备,功率太小做EME会比较困难。

今早5点到7点的时候月亮的仰角在60度到50度之间,可能就象国外HAM说的,MOON IS TOO HIGH (月亮太高了),估计在月落前信号会好一点。

八木天线的堆叠

制作好天线的功分器接下来要做的是怎么把四根八木天线堆叠起来。我在网上找来很多关于天线堆叠的原理,说法也有很多,其中说法最多的是两根天线之间间隔1/2波长,还有说是5/8波长的。后来我比较了国外HAM的制作资料,找来以下这张图纸,我在原图的基础上重新画了一下,大家可以很容易的在图中对照自已天线的长度找到合适的堆叠间距。最终我确定了我的4X7el八木的上下间距为2.8米,水平间距为3米。

图1 天线堆叠间距查找表

关于天线堆叠的讨论,每根八木都有一个接收区域,我理解为信号捕捉区域,一般成椭圆形,见图2和图3,椭圆形的面积计算公式:A=Gi/4p 其中Gi是天线的增益,单位为dBd.堆叠的最小间距就是使两个天线的信号捕捉区域正要相接而不重叠。这样在理论上就能两根天线就可得到3dB的堆叠增益。图1就是由这一理论而得出来的。

图2 天线垂直堆叠示意(中间为振子)

图3 天线水平堆叠示意(中间为振子)

国外网站见vhfman.freeuk.com/radio

从完成第一次EME QSO 到现在已经有几个星期了,在这几个星期当中,共计完成了QSO 25次,成绩很不理想。思来想去可能还是接收系统有问题,最主要的是我现在用的HL-200V/50里面的前置放大器效果太差,因为大多时候都是别人能听到我,而我却什么也收不到。我想接下来的主要精力应该投向低噪声前置放大器上了,大家要是准备开始EME通信,还是要先把LNA搞定了再说。“传播好的时候不用前置放大器也照样能通联,但传播一般的时候不用放大器,那是几乎不可能成功通联的。”

努力了一个星期,目的是要做个空腔滤波器,结果滤波器差不多是做出来了,可是一点效果都没有,这里在144.250上有本地电视台的伴音信号59+60还多,820H上接收信号强度都打表了。在144.0-144.2这一段里面都是它的边带干扰在55-59之间,本来想有可能把这些干扰去除掉,结果是大失所望,就算是在滤波器的阻带内也不可能把这些信号完全滤掉,干扰还是一样严重。等国外的朋友给我的LNA到了之后也只能在晚上11点半以后和早上7点前才有可能做通联。这下基本放弃了在白天做通联的想法

进入7月份以来基本上每个星期都在做调整,现在终于有所进展了。我原先使用的设备是HL-200V/50,这个放大器里面有个3SK121做成的前置放大器,一开始我就是用这个设备来做EMEQSO,虽然也做了一些QSO,但后来不知道是什么原因一直都收不到信号。

开始我想也许是因为传播不好,但后来发现在传播好的时候也还是收不到更多的信号,因此对HL200V这个放大器里面的LNA进行研究发现在天线信号进入前置放大器的过程中,要经过检测电路和一个收发转换继电器,而且这个收发转换继电器还是一个再普通不过的继电器,它的损耗可想而知。本想自已重新做一上ATF54143的LNA,可手头没有测试设备无法自制,于是就在网上找国外的HAM想要找一个好用的LNA,终于有个VK电台他说有个备用的LNA可以送给我,上星期我收到了对方给我寄过来的LNA,效果非常明显。9月5日星期六早上两个小时就做了10个QSO。

我想这不仅是因为这个LNA比较好用,还因为我为它特地找了个CX-531的高频继电器接在它的前端,这样一来天线到LNA的损耗就明显比原来HL-200V里面的那个前置放大器的损耗小很多。

昨天我又把功放和这套前置放大器全部移到了天线底下(现在天线到LNA大约有7米左右),昨天在本地QRM较大的时候收到了JN1TNL的信号,还和他做了双向通联。不过几个功率小一点的电台的信号却仍然没办法收到。我想最大的可能还是因为天线太小了一点。一般的EME电台基本上都是4X10单元的天线加1KW左右的功放。这样的配置最常见,我的天线只是4X7单元,增益17DBD左右,相对来说还是小了一点。各位,如果你只是做做EME实验的话,那4X7单元的天线150W的功率已经够了,但如果想要多通联EME电台,那我现在的建议是:你需要一套4X10单元以上的天线300W以上的功率和一个好的LNA。这样看来还是有一定的难度的。

接下来我将对我的天线作进一步调整,主要是要将四根天线调整的上平下直使它们在水平和垂直方向都能平行,也就是要将天线架设成矩形天线陈,我现在的天线架设的不是很正,在对准月球的时候角度每根天线的角度都不太一样。希望这样的调整能对我的接收有所改善。

关于低噪声天线放大器

今天说说EME用的2m低噪声天线放大器(LNA),相信大家都有这么一个概念,那就是做EME通信必需要一个增益20dB以上,噪声系数0.5以下的LNA,当然这没什么错。我要说的是我们可以在没有专用测量仪嚣的情况下自制一个LNA,同样能取得不错的效果。

前段时间有位国外的HAM送给我一个他备用的LNA(说是增益20,噪声系数0.54),经试验效果确实不错,周末用这个LNA做了好几个QSO,但给我的感觉还是不够用,有很多电台都收不到,我想这其中最关键的因素还是天线太小,但LNA的性能可能也有问题,天线是不可能再增大了,那样工程量太大。于是只能拿LNA做试验,找出以前做LNA的材料,用了半天的时间重新做了一个ATF54143的2M LNA。

LNA是做出来了,不过不知道它的性能啊,怎么办?想到可以用手头现有的AW07天线分析仪测量它的输入输出匹配,这样可以适当调节一下它的匹配度。另外把放大器连接电台,不接天线,通过调节ATF54143的G极的偏压的同时主观用耳朵听电台里发出的噪声,不过并不是越小越好,因为噪声太小的话,放大器的增益就小了,每次调节偏压后还需要接上天线观察一下电台信号强度指示,这样可以保证在放大器增益最大的同时又可得到最小的噪声系数。

通过经过调节后的LNA和国外朋友给我的那个LNA相比,不接天线时主观上感觉噪声相差不多,增益的话这个LNA的出来的信号在我的接收机上显示是59+,而原先的那个LNA只有58.感觉应该是增益比较高。

调整完了以后,接上天线进行试验,结果和预想的差不多,两个LNA接收的信号相差无几。这也说明了一个问题,那就是高性能LNA不是什么神话,如果要求不是太高,那么自制一个,经过适当调整,也一样可以用在EMEQSO中。

参考资料:YU1AW设计的ATF54143低噪声放大器。

yu1aw.ba-karlsruhe.de/a

如何实现业余卫星通信

1957年10月4日,前苏联在拜科努尔发射场发射了世界上第一颗人造地球卫星,并被送入轨道,人类从此进入了利用航天器探索外层空间的新时代。而今在茫茫太空,有着成百上千颗人造地球卫星绕着地球日夜不停地运转着,这其中有军事卫星、商用卫星、科研卫星等等这些卫星都有专门的接收系统和专用的解码设施。其中有专门为我们业余无线电爱好者服务的业余卫星,只要设施配套齐全我们就可以用我们的耳朵听或是利用解调设备看到它们下传的信号。那么我们如何利用现有的设备来听或是看那些卫余卫星的信号呢?

首先,着手准备进行业余卫星通信前,我们要了解业余卫星的运行方式、工作模式、工作方式。

一、业余卫星的运行方式。

通信卫星一般分两种,一种是地球同步卫星,一种是极轨卫星,同步卫星一般都运行在高度为“36000千米的地球静止轨道上,其优点是只需三四颗卫星就能覆盖全球,而中低轨道通信卫星运行在高度为500~10000千米间的轨道上,其特点是离地较近信号比较好,只需很小的功率就可完成地面--卫星---地面三方通信,但它的缺点是覆盖范围小,而且随时移动。

我们说的业余卫星大多属于中低轨道卫星,这是因为一般的业余卫星的发射器、转发器的功率都比较小,而且为了有利于全球的业余无线电爱好者都能使用,由中低轨道卫星的特点可知,我们要通过业余卫星进行通信,那么就必须要有一套能接收高仰角信号(由头顶天空中传下来信号)的天线系统,业余常用的有八木天线(方位角、仰角可调)、打蛋器天线。其中打蛋器天线的虽然能接收高仰角信号但由于其制作用的匹配线不容易找到,而且它的增益很小。而相比之下八木天线则购买方便、制作相对容易,而其增益高。因此,建议采用八木天线作为业余卫星通信的首选天线,当然如果用八木的话,需要有一套方位角、仰角调整机构,要求不是太高的话我们可以采用室外防水监控云台,用它来转动两根7el的V/U段天线绰绰有余。

二、业余卫星的工作模式、工作方式

业余卫星的工作模式常用的是FM和SSB,数据通信模式也是业余卫星通信的一种,但相对要求较高,到目前为止仍不够普及。业余卫星的工作方式主要有两种:一是转发方式、二是信标,其实还有另外一种那就是前段时间比较热门的ISS国际空间站宇航员直接和地面业余爱好者进行的通信,但只有在空间站宇航员有时间、有心情的时候才会出来和地面的HAM们直接通联,另外就目前的情况来看宇航员们对欧美国家的HAM们比较热心。

业余卫星的转发方式说白了就是在卫星上放一个小功率的中继,而且一般都是跨段的中继,地面站发射信号到达卫星,经转发后回到地面。理论上只要在卫星的覆盖范围内的电台都能利用卫星转发与同在覆盖范围内的其它业余电台进行联络。卫星信标其实就是在卫星上装了一个功率超小的发射机,不停地向地面发送CW信号,信号中虽然包含了一些卫星的基本信息,但对一般使用者来说这些信息无关紧要,只是利用这信号来判断卫星是否已在自已的可通联范围之内,通过观察信号的强弱,可以大致判断出可通联的程度。

三、业余卫星的工作频率

业余卫星的工作频率是在业余段(废话)。因为要与卫星通信,信号必须穿越大气层,如果信号频率太低则会被电离层反射回来,很难穿过。业余卫星的最低频率是28MHZ段(RS-X卫星)现在已基本不用,而现在主流的业余卫星的频率是在144MHZ和430MHZ两个频段,当然还有1.2G以上的,不过对设备的要求太高,不适于普及。

由此,我们大致可以想象出进行卫星通信的设备了。

1、收发机: 入门配置:v/u双段手台或车台,实在没有就找一个V段和一个U段两个手台或车台。

基本配置:入门级全波段全模式电台 如FT-817、857、897 ,IC706MKIIG 等等当然如

果能加上频率自动控制接口最好。(推荐,FT857、FT897,价格比较便

宜,性能没问题)。

高级配置:全波段全模式业余卫星机(FT847等)或高档V/U全模式机 (IC910等)

+频率自动控制

2、天线: 入门配置:v/u段玻璃钢天线 (这个可以用来通联一些信号转好的卫星,如AO-51、

AO-27)或打蛋器天线二支(V/U各一根)。

基本配置: V/U段3-5单元八木

(推荐,5单元V段八木+7单元U段八木,尺寸较小,制作方便,增益足够了)

高级配置: V/U段5-10单元八木

3、转向机构:入门配置: 手动控制监控云台

基本配置:自动控制监控云台(推荐,后续详细改装方法)

高级配置:业余专用水平、垂直转向机+自动控制

4、其它: 入门配置: 电脑一台,可运行卫星跟踪软件就行。

基本配置: 电脑一台+跟踪软件+接口板(转向系统自动控制)

(推荐,后续详细介绍)

高级配置: 电脑一台+跟踪软件+接口板(转向系统自动控制)+频率控制接口板

好了,这篇就写到这吧,相信大家对卫星通信的理解不会比我差的,就不多说了。


怎样找卫星

这个问题在电脑没有普及前也许是件不可能完成的任务,不过现在有了电脑、网络,它就变得相当容易。我们只要从网上找卫星轨迹软件就行了,一般我们可以用Orbitron 3.71汉化版,主要原因是因为它是免费的而且也比较好用,呵呵。软件下载安装好后,打开,界面如下:

接下来我们要做以下几步就可以正常使用了:

1、设置地名,包括网格线定位、海拔高度、经度、纬度,然后清除地名列表,再按“加到地名表”,就和图中一样了。

2、载入星历,选amateur.txt就行了,如何更新在下文中叙述。

3、在右边的卫星选择窗口中先择你所要的卫星,在其名称前打勾。它就会显示在中间的地图上了。

4、接下来要做的是对预测进行设定,如图所示,选择预测设定,我们需要对状态一览进行设定,把“需要亮度”、“太阳仰角”前的勾去掉;把“卫星仰角”设定为1度,也就是说当卫星起来一度的时候就算在预测内。

5、校准计算机的时间,在主菜单里选“设定”,进入设定窗口,再时间校正就可以了。

6、如图,选“预测”选项,点“预测P”就可以得到你所选卫星的预测过项时间了。

7、最后可以选“旋转器和电台”选项,在这里可以看到实时的卫星线路和覆盖范围。

好了,现在你已经可以随时掌握业余卫星的运行轨迹了,接下来就等它过顶吧,然后打开你的机器,按软年中的接收/多普勒频率进行调整,把天线对准卫星,听听它的信号吧。


八木天线卫星跟踪系统

说到八木天线转向机,肯定大家都知道,市面上有很多成品的八木转向器,主要是用于短波八木的转向,现在已经比较普及了,不象十年前,想找一个八木转向机非常困难。不过今天我要说的这个八木天线卫星自动跟踪系统,完全是最初级的转向控制系统,不过却是非常行之有效的。我用它做卫星通信近2年时间,曾经用这套系统上过几乎所有能用的业余卫星。虽然现在我已经不用了,因为我配了4X7单元的2m八木陈,用它来转动有点力不从心了。

我说的转向机其实就是室外监控云台。这监控云台真是好东西,可以水平、垂直转云,完全满足卫星通信的需要。相信大家对它都有一定的认识,就我所知有很多人认为它的功率太小转不动,精度太低不适用。其实在当地的风很大的时候会使它转不起来外,其它时间都能很稳定的工作,当初我在上面装了用一根2m长4分自来水管两端装上了一根A144S10R和一根A430S15R以及一根国产的7单元U段天线一共三根天线,用它转起来也没问题。

至于精度嘛,很多人认为一定要精度很高的转向机才能作卫星通信,其实我认为这是个误区,为什么呢?因为我们用来做卫星通信的八木天线V段也就5、7、9、10单元,U段不会超过15单元。那么天线的辐射角度有多少呢,相信不会小于15度。用一个精度在10度左右的转向机足以,根本没必要用精度在5度以下的转向机。这个是我实践得出的结论。

除了这硬件当然还有软件。下面先介绍硬件。从市面上买回来的监控云台,我们不能直接用,要进行一下改造。改下图,(图中只标了后加的两根垂直限位信号线,另外还有两根线是取自去台的水平限位开关,加的线和这个是一样,都是取自开关的中间端),云台出来应该是9芯的线,其中4根是向上转、向下转、上限位、下限位,4根是向左转、向右转、左转限位、右转限位,另外1根是公共线。

除了云台改造外,还需要自制一接口电路,接口具体线路见下图:

下面这个是实物图,其实随便搭接一下就行了。那块洞洞板是不需要的,那个位置是两个继电器。这个是我后来改装用来控制RC5-3转向器了。

硬件完成后,就是接上电脑进行调试,调试用软件这里不能上传,如需要可联系我:BD4SY@1265.COM

软件界面:软件除了可以控制云台外,还可以控制FT-897D进行多普勒补偿,也就是频率自动跟踪。以及控制AOR-3000A(当初是用来控制AOR3000A自动接收NOAA卫星云图的),可对AOR3000A进行简单的控制。

所有东西准备齐全后,接下来先手工测量一下云台能转动的最大方位角和最大仰角,一般最大方位角由于方位控制开关的关系,不可有达到360主,一般在350-355度左右。方位角则视云台而定,一般的301室外云台的仰角在-45到+45度或是-60到+60度。也许有人会问云台不能转到+90度怎么办,其实很简单,只要在安装时先把云台的仰角转到底,然后把天线装成水平就可以了。

测量的方法可以用水平方向可以用下图(打印出来),把云台放于中间,在云台的壳上粘一向下的指针,然后使云台转一圈看一下指针转过的角度就是了。

仰角测量的话就用量角器量吧,我不知道还有什么好办法可以测出来。测量完后输入到软件中,具体是打开软件的初始化菜单-->重新初始化,输入相应角度,让软件初始化一下,就可以正常使用了。

软件中控制897的串口我设定用COM1口,AOR3000A设定用COM2口。

软件的设计思想是先通过初始化将云台从起始位转到终止位,再由终止位转到起始位一个来回,由软件算出所需时间再根据手工输入的最大角度,算出每秒转过的角度。再根据从Orbitron里面取得的角度数据,和设定的起控角度计算出所需转动的时间,再去控制云台转动相应的时间,完成自动控制。电台的自动控制则简单的多,只是取Orbitron的频率数据,直接置电台的频率就行了。

软件还有一个特有的功能,就是定时运行,开始设计的时候是为了定时接收卫星云图,只要设定好定时时间,就可以在卫星过境的时候自动调整天线方向、电台频率,做到自动接收。

初识气象卫星

卫星云图对大家来说肯定不会陌生,看到的最多的是中央电视台新闻联播后的天气预报中的24小时卫星云图。那么我们在业余条件下能不能收彩色的卫星云图呢?如果能收到当地实时的彩色的卫星云图,实在是件非常开心的事。下面两张图是在我的QTH实际接收到的卫星云图。第一张图是台风凤凰:2008年7月26日14:37 NOAA18 MSA图接收机:TM241(改);第二张图是:2008年8月2日 10:27 NOAA17 MSA图 接收机:AOR3000A (WFM)。

气象卫星主要有极轨气象卫星和同步气象卫星两大类。①极轨气象卫星。飞行高度约为600~1500千米,卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的交角,这样的卫星每天在固定时间内经过同一地区2次,因而每隔12小时就可获得一份全球的气象资料。②同步气象卫星。运行高度约35800千米,其轨道平面与地球的赤道平面相重合。从地球上看,卫星静止在赤道某个经度的上空。一颗同步卫星的观测范围为100个经度跨距,从南纬50°到北纬50°,100个纬度跨距,因而5颗这样的卫星就可形成覆盖全球中、低纬度地区的观测网。

作为我们业余接收的对象,我国的同步气象卫星、风云系列的都不适合,主要是频率太高,而且还有加密系统。相比之下美国的NOAA系列的气象卫星频率较低,且处在离地球比较近的极轧上,相对接收比较容易。

NOAA系列现在能听得到的也就NOAA-15、17、18、19.其中NOAA18、19差不多是一样的高度,一样的周期而且基本上是在同一时间过顶。

NOAA卫星的工作频率有137MHZ(NOAA15(137.500MHZ)NOAA17(137.650MHZ)NOAA18、19(137.925MHZ))

NOAA卫星的工作模式为APT模式,分辩率1公里)和1.6G工作模式为HRPT模式(分辩率可达到100米左右)两种,

下行信号的调制方式为FM,也就是说只要用台2m车台或手台就能实现APT信号的接收。HRPT模式是高分辩率模式,对接收系统的要求很高,业余条件下很难接收。

因此,我们只要有一台合适的2M设备并配上一根2m的天线在卫星过境的时候就能收到它们APT信号,并用软件进行解调,就可得到你所在地理位置周边的卫星云图。

接收卫星云图的准备工作

如果你感兴趣,想要接收卫星云图的话那么请先做以下准备工作:

1、想办法监听一下你所在地的2m频率,特别是137.5MHZ、137.65MHZ、137.925MHZ三个频点上是不是有干扰,如果干扰严重的话,那就请你放弃吧。

2、准备一台2m台机,或是一台全波段全模式的接收机(AOR2000、AOR300等专业的接收机),如果你有AOR系列的接收机那就最好了,你不用对它做任何改动就可以接收。如果你只能找到2m台机的话,那么你必须要动手对它进行改造。

3、准备一根合适的天线,建议采用3-5单元的2m八木天线,因为这种天线很好做,并不需要做的非常匹配,它只是用来接收,不是发射,而且NOAA的信号还是很强的,过项的时候一般都能在59以上。有可能的话再加一套自动转向控制系统,如果嫌麻烦,那么就随便架一下然后用手动来跟踪也可以。必竟接收下来的卫星云图只是我们自个看的,不是用来做天气预报。

4、连接好电台与电脑,下载WXTOING2.9软件。

改造你的2m台机

2m台机我选用的是TM241A,当然其它的台机也一样可以改,其实改动的原因是机器的接收带宽问题,由于NOAA卫星在137MHZ的APT模式下传的信号是FM模式的扫描信号,且其最大的特点是带宽比常规的FM模式都要宽,传统的2m机接收带宽在15KHZ左右,窄带FM的话在10KHZ左右。而NOAA卫星为了传输大量的扫描数据,其下传的FM信号的带宽在30KHZ以上,所以一般的接收机能听到它的信号,但是没办法通过软件将其解码,因为在+—7.5KHZ以外的信号会被滤掉,使部分信息丢失。

村田10.7MHZ的滤波器(红线中的型号SFE10.7MT、MV、MVP)

村田455KHZ的滤波器(红线中的型号是CFM455A)

所以我们要对2m台机进行接收中频带宽的改造,最简单的方法就是把2m机的中频滤波器换掉,把原来只有15KHZ带宽的中频滤波器换成带宽为30KHZ以上的滤波器。但在实际中,带宽在30KHZ以上的中频滤波器很难找得到,这个我曾找到过几个,不过是申请的样片。所以今天我要介绍的方法并不是这个,而是用相应频率的中频变压器(中周)对接收机中频进行改造。

TM241的一中频是10.7MHZ,二中频是455KHZ,我曾试过在中频滤波器输入输出端并电容等方法,最后都失败了,后来在网上发现一张成品NOAA接收机图纸,发现它的中频滤波器实际上并不是我们常用的晶体滤波器而是用两个中频变压器做成的,带宽完全能满足要求,于是就动手找旧收音机去拆了两个455KHZ的中周。然后跟据图中的接法,接起来后替换掉了241里的455KHZ陶瓷滤波器,10.7MHZ的晶体滤波器可以用调频收音机的10.7M陶瓷滤波器替换(带宽在180KHZ左右,虽然带宽太宽了点,不过这东西好找)。经过调节,完全可以用于接收137MHZ的APT信号。线路图如下(图中红线部分):

经过改动后的241一样可以用于本地中继通信,但这样的改动还是会对2m机产生一定的影响,主要有两个方面,一是接收灵敏度下降,二是抗干扰的能力下降。接收灵敏度不成问题,因为如果你有5单元以上的2m八木的话,NOAA卫星下来的信号已经足够你象调出清晰的图象了。至于抗干扰能力下降的情况,确实是存在,但只要干扰不是太大,还是一样可以收到清晰的图象。

Wxtoimg解码软件的使用

用改造好的2m机或是用专业宽带接收机的WFM模式接收下来的信号实际上是音频信号,和其它业余数据通信一样,没有解码前是没用的。因此必需要有一款专用的解码软件,网上能找到几种带有免费使用功能的解码软件,其中我用下来Wxtoimg软件是最好用的,设置简单明了,免费版能解码出约十种不同用途的气象图。

软件下载下来后安装、打开,第一个界面:

在第一栏输入城市名称(离你最近的地级市),第二栏输入CHINA。然后点LOOKUP lat/lon就行了。

接下来要做的是:

1、更新星历:点选 file --> update keplers

2、设置音频文件和解码图片的自动保存地址: options --> FileNames and locations 然后更改你要存放文件的地方。说明:如果接收正常的话,一次接收会同时间生很多个图片文件和一个音频文件。

3、调节输入音频强度: File ---> Record --> Manual Test, 然后打开接收机把音频输入到电脑的声卡LINE IN端,观察Wxtoimg软件窗口的右下角VOL:*****。调节输入信号强度使数字达到60左右就行了,把窗口的的Create image(s)前钩。然后点选File ---->STOP 关闭。


4、开始自动接收: File ---> Record ---> Auto Record ,软件会自动判断当前NOAA卫星所在位置,以及通过时间,然后根据通过时间自动开启接收和自动解码成图片。

最近不断有国外电台给我寄来卡片,看了他们的卡片才发觉自已真是只井底之蛙,我那4X7单元的天线阵简直就是小儿科,看来要想真正进入到EME的行列还有很长的路要走,别的不说,就这天线问题,我就很难解决了。主要是不敢在我自家的楼顶架太大的天线,怕引起周围居民的反感,到时候就麻烦了。实在是没条件啊,不光天线的问题,还有功率不能太大,住的地方离电视发射塔太近等等一系列的问题。

与“希望一号”通联

一、接收“希望”的信标

1、希望的信标信号采用CW模式,所以要有一台2m/0.7m全模式电台(如FT897、FT857、IC910等,我使用的是TS-2000全波段全模式机),配一根400Mhz天线,玻璃钢天线亦可。

2、需要一台电脑和一个能实时跟踪卫星轨迹的软件,如NOVA、Orbitron、HRD等都可以,这些软件在网络上有很多使用说明,可以参考设置。

3、根据跟踪软件计算出的考滤了多谱勒频移后实际频率来设置电台的频率,并在整个收听过程中不停地进行调整。希望一号的信标频率通常是由最初的约435.799MHZ的频率一直到下降到约435.781MHZ,最快的时候每秒要变化上百个HZ,如果跟踪不及时,信号很快就会消失,我想这也可能就是多人听不到信标的原因。

4、根据收听到的一整组CW信号,人工解码出对应的英字母和数字,再从CAMSAT“希望一号”的网站(camsat.cn/)下载一个解码软件(telemetry_decoder),将人工解码的英文字母和数字序列填入解码软件中,就能看到卫星目前的工作状态、是否开转发器等。

二、使用线性转发器

线性转发器实际上就是一部双工的单边带电台,它将上行频率接收到的信号实时的从另一个频率上发射回来,以完成中转。

使用线性转发器的方法和收听信标的方法大致相同,不过还要注意以下三个方面的问题。

1、希望一号的线性转发器上行频率:145.9250 - 145.9750 MHz SSB/CW、下行频率:435.7650 - 435.7150 MHz SSB/CW,频率为一一对应关系:

计算公式为:

接收频率(MHZ)=581.69(MHZ)-发射频率(MHZ)

145.9250-->435.7650

145.950-->435.7400

145.9750-->435.7150。

2、线性转发器的反置,其实反置的意思就是上下边带反转,也就是说如果你发射用下边带(LSB)的话那么你的接收就必需要用上边带(USB),反之亦然。

3、多谱勒频移对线性转发器的影响非常大,必需随时调节接收或发射的频率,以抵消多谱勒频移的影响。

下面我们以上行145.950、下行435.7400这组频率为例,讨论一下线性转发器的具体操作:

1、呼叫。当卫星升起的时候将你的电台的接收频率设定在435.740MHZ,发射频率定在145.950MHZ。然后开始呼叫,这时候要特别注意接收到的边带信号,因为那很可能是有人在回答你,但由于多谱勒频移的关系使他的频率不一定对得准你的频率,往往很多时候你只能听到一点边带的声音,根本听不清对方的语音,这时需要我们灵活机动,要将接收频率进行上下微调,如果呆在一个地方不去主动调节接收频率,那么就很可能失去很多联络的机会,切记!

2、应答。当你听到有人在435.740MHZ呼叫CQ,那么这时候你就要在与之对应的上行频率145.950MHZ上发射,并且要注意如果对方一直没有回应,那么你就需要将发射频率145.950MHZ进行上下微调,直到对方给你回复。当建立连接后,发射频率一般都不再进行调节,而改为接收频率的调节,此时与呼叫操作类似。

三、使用调频转发器

调频转发器相对比较简单,希望一号的调频转发器频率为:上行145.8250 MHz (67.0 Hz哑音),下行频率为435.6750 MHz,由于调频带宽较宽,在不超过±2.5Khz的范围内并不需要对频率进行调整,多谱勒频移对其影响比较小,在一次卫星过项的情况下,只要根据软件调整几次频率就可以了。

特别注意:

在设备到位的情况下,进行卫星通信主要是要找对频率,而频率的变化也是有一定规律的,通常是从卫星从地平线升起开始到卫星消失于地平线结束,接收频率将由高向低不停地变化,这也是卫星通信的一大特点,因此,要特别注意频率的变化,一定要勤调频率,要不然你的呼叫会事倍功半。

年前开始材料准备,至今已有两三个月了,今天终于全面完成新天线的架设,把原来2米2的铁塔升高到4.5米,现在的天线是4X11单元的2m YU7EF天线和4X13 DK7ZB U段天线。用了两寸的立杆,1.2寸的横梁和1寸的竖杆。使用RC5-3水平转向机和G550垂直转向机,为使G550能够胜任大天线阵,还特地做了一个承重支架。这两天时间不适合EME,过两个星期就可以进行全面试验了。

432MHZ的天线架设也有几个月了,因为没有合适的机会,没能进行432MHZ的EME试验。昨天应邀进行了430MHZ的通联试验,结果还是相当满意。虽然只完成了6次完整的QSO,但是每次的信号都很强,都能听到对方的音频声音。设备:TS-2000 4X13EL 20dBd 功放200W左右。试验的感觉还是那句话:“电磁环境决定EME通信质量、数量”,在432MHZ频段上,本底噪声相当小,不象2m段,本底至少有2-3个S。还有就是在432MHZ段QSB要比2m段更加严重。

2m通信还是不容乐观,这两天也就增加了10个电台,究其主要原因,我想还是由于2m段的电磁环境不好,干扰太大,另外天线不能水平极化和垂直极化切换也是原因之一。通常情况下都是别人能听到我,而我却很难收到对方的信号。

长久以来一直困扰我的一个问题,往往是我的信号别人能收到,甚至比我装备差的都能收到,而我却怎么也收不到别人的信号。我是百思不得其解,昨日我突然意识到,因为我所在的地方离电视发射塔直线距离不超过800米。电视台的信号对我来说一直是最头痛的问题,本以为在晚上11:45分以后,电视台停播就可以了,可万万没想到的是,在它停播以后,它的视频信号还是在发射,只是功率小了,也没伴音了。昨天用频谱仪测试了一下,它的信号可以比基底高出3-20个分贝,天哪,就这一点就可以把所有的信号都掩盖了。长期以来的努力化作泡影,哎!天线再大、LNA再好也是白搭,看来接下来要转向野外EME了。


这段时间忙于应付工作,晚上有点时间都花在了加固铁塔和天线(台风季节了)还有是制作LNA。

今天有空,终于把铁塔和天线都加固了。花了很多力气制作的LNA,增益可以做到22dB,输入输出驻波小于1.2.但是噪声却怎么也下不来,对比国外HAM做的LNA,同样的增益,我的LNA噪声大得多。

前段时间还把TS2000摩了一下,把2m接收和发射分开了,现在接收和发射独立。主观感觉,接收效果稍好。

(2010-09-30 08:23:52)


月面反射通信——EME

今天凌晨2:30,为了通联3D2RS--EME远征电台“斐济” RH92 ,好不容易从床上爬起来,打开电脑进入chris.org/cgi-bin/jt65e就看到有关3D2RS的信号报告。于是把电台频率调到144.140MHZ,开始什么都收不到,也许传播不好吧,在那时段欧州窗口还未开,所以频率上很干净,大约20分钟后第一次收到3D2RS的呼叫,信号强度-27dB。于是试着呼叫他。没想到竟立刻收到了他的回复。真是喜出望外,互换RO/RRR报告后结束通联。之后欧州窗口打开后频率上几乎全是EME电台的信号,严重的PUIL-UP。高兴之余庆幸在欧州窗口打开前就完成了和3D2RS的通联。

大家有条件的话这两天也可以听听144.140MHZ,有很多的大功率电台会出来。我想要是电磁环境允许的话,用单根10单元的天线就能收到很多这样的电台。有兴趣的话可以试试。

3D2RS相关公告信息见:mmmonvhf.de/latest.php?


自从上次以来,有段时间几乎对EME失去了信心,不过上个月BD5RV他们的远征又让我重燃EME热情,因为我发现,只要天线的仰角足够大,那么本底噪声就会足够小,大概到60度以上的话就基本上不会有什么干扰了,这样的话通联的机会还是蛮多的。

因此,自从BJ8TA远征结束,我就开始筹划升级设备,正在购买4阵列的M2的2MXP20天线,还有从荷兰那边购买了一个成品的LNA,并准备将所有的馈管和接头都换成安德鲁的。还特意买了2个M2的四功分器。我想这样的配置应该不会比国外一般的EME爱好者差了,唯一的 电磁环境不行。不过我知道,任何事情都必先有付出。我的目标是:和国内电台完成首次的“B--B”EME QSO。

从订货到拿到手,BA7JG简总整整我花了三个月,最后总算拿到东西了。一个VHF段的功放,四根M2XP20天线,还两个功分器和一个LNA。前期的事情做的差不多了,装天线、做连接盒、连接线,设计了推杆仰角调节系统,这会手机里只有连接盒的照片,先放一下了,接下来会把所有的关键部分的照片上传...

2MXP20天线图片


天线升级初步完成!花了整整天两天的时间终于把架子搞定并把四根天线全部装到架子上了。只可惜当初为方便拿原来的一根38*1.5的不锈钢管作第二横梁,结果现在才发现太单薄了,四根天线接上馈线及T型支撑后天线的后面比前面重了很多,一个人的力量都很难把天线转成水平,而且不锈钢管都承受不了。唉....这下只能再想办法配重了要。先上硬道理,中间的功分器装上去了,但还没接线。准备先把天线调整好了再接上去。再加上配重和推杆就基本完成了。

一个人架天线真的是很累,好在经过一个多星期的奋战,到昨天为止基本完成了天线的架设,把那根不锈钢管也换掉了成了一寸的自来水管。这样稍好一点,还动用了电焊,又把两边的立杆整体往下移了约45cm,使得前后的重量差减小,现在用推杆完全就可以上下转动了。等天线全部完成了,再上局部的照片。实在是太累了!!

让人担心的是明后天的"梅超风",不得已加了很多的固定绳,铁塔进行了加固,还多加了几根钢丝绳,也不知道能不能承受得住

,下星期要去香港了,这两天要好好休息休息了,回来以后再进行接线,估计这个月底前可以用新天线上线了

时间过的真快啊!又是两个月了,前段时间每天都工作到凌晨,真是疯了,不过把一切搞定后感觉很有成就感,现在我的个人EME永久台站已经全面升级改造完成,具体如下:

天 线: 4根 M2 MXP20 21dBd

转向机: 水平 CREATE RC5-3(这个年纪很大了,10年前用在短波C4S天线上的)

垂直 superjack产天线控制器V-BOX II+24寸极轴推杆 (流行的大型天线阵垂直转向控制器,力量够大)

方向指示:水平 GY-26电子指南针模块

垂直 BQ-2XN-TTL高精度双轴倾角传感器模块

方向及天线极化方向控制器: SY-1型(自制控制盒,用于把转向机、方向指示模块连接到电脑,可进行自动控制)

匹配线: ANDREW 安德鲁 1/4" (5.2米长共8根,从天线馈电点到功分器)

接 头: ANDREW安德鲁1/4电缆弯公接头 L2PNR-HC(本来想找直接头,但是找来找去都找不着,没办法就用直角的吧,也一样)

功分器: 2个M2 四功分器 (虽然看起来比较简单,但做起来一是材料问题,二是插入损耗不好控制)

收发切换继电器:Downkey 402-2201 , 1个CZX-3500(备用)

天线极化方向切换继电器: Downkey 402-2201, 1个CZX-3500(备用)

L N A: 1个C

https://www.bilibili.com/video/AV144

EME NF 0.18、1个W2ODO LNA NF 0.12(备用,这种可是EME界公认的最好的放大器之一,还有NF更小的只有0.9)


馈 线:接收用 8米长 德国Lenid 超柔1/2馈管(为了得到更好的效果,贪心了,其实LNA下来只要用WBC-400一类的低损耗线就行了,没必要用馈管)

发射用 8米长 俊知(合资)50-12 1/2'' 馈管 7.99/米 馈线(这个嘛,只要功率足够大就不怕它损耗)

接收机:IC-910H + WSJT7(这个是传统的EME接收方式,就是把910的音频接入电脑声卡输入就行了)

SDR-IQ + MAP65-IQ + WSJT7(把910的中频引出到SDR-IQ输入,用虚拟音频软件把SDR-RADIO软件解调的音频输入WSJT7进行解码,同时把SDR-RADIO的数字信号直接发送给MAP65IQ,直接发送数字信号这个算是比较前卫一点的接收方式,但并不是太好,按国外的做法是在SDR前接一个144转28的变频器,不过这个变频器价格有点离谱,所以没采用。专门为910做了一块中频10.850MH输出缓冲板。再把信号输出到SDR-IQ,SDR-IQ运行在10.8485左右。这个主要是提供MAP65-IQ用,让MAP65-IQ可以同一时间解调约95khz带宽内的EME信号)

发射机:TS-2000

电脑: 1号四核兼容机 运行SDR-RADIO + MAP65-IQ + WSJT7

2号双核兼容机 主要上网运行 JT65 EME Link by NØUK 和天线转向自动控制软件 SY-1(土制软件)以及天线极化方向切换控制

左边是我用来连接控制器SY01的,右边的是EME system (这是F1EHN的软件):


WA2ODO的PREAMP,使有的人都说好,改天换上去试试

经过艰苦的尝试,终于在2点前和b a 7kw完成了B -B 的EME双向通信。在这里給自己留个纪念。^O^

自从4日凌晨和BA7KW完成了一次坚难的双向EME QSO后,心里一直有点不是滋味,做个QSO要用2-3个小时,真是太离谱了。而且后来在QRT的时候才发现居然天线的下端挂到了铁塔的钢丝上!想来这个是主要原因。

第二天在EME CHAT上看到BA4KW又在线了,于是就上线,调好天线和设备,马上就收到了他的呼叫,在没有和BA7KW打招呼的情况下,我回答了他,没想到就在发完信息后的1分钟里,BA7KW在EME CHAT 上说他收到我了,这时在WSJT窗口也同时收到了来自BA7KW的回答,这样仅用了5分钟就完成了一次通联,信号最好的时候是-24dB。这次的QSO让我真正体验到了EME通信的乐趣!我想这是我进入EME活动以来最开心的一次QSO了。

BA7KW的感受是“环境很重要”,呵呵,这个也是我从进入EME通信的大门以来最主要的一个体会。


WSJT7简明操作手册


pan.baidu.com/s/1eNw_jO

记得在2012年9月4日,在完成了与BA7KW 之间的双向EME通信之后,自己给自己降温,硬是从一个EME狂热分子变成了一个与业余无线电没什么关系的路人甲,戒烟、戒酒、种菜、养花、看孩子,过了三年老年生活,做了三年家庭妇男。三个月前的那天,为给女儿腾出一间书房安心学习,把原来的电台工作室彻底清理了一遍,看着当年那些花大价钱买回来的设备,摸着那陪我度过无数个不眠之夜的TS2000,心里莫名的酸楚,突然间意识到了什么,在我心里从来就没有真正放下过业余无线电。人生除了工作和养家糊口外更需要做点自已觉着有意义的事,别人选择炒股、运动、摄影、麻将、喝茶,而我选择了种菜、养花

既然选择了重回HAM行列,没得说,还是从我的老本行EME开始吧,之前由于小区居民的投诉,144Mhz 天线阵和铁塔已经在屋顶躺了2年多了,而本地的电磁环境也一天不如一天,想再回到2mEME活动已经不太可能了,怎么办呢,三年前已经完了144MHZ和430MHZ的EME。接下来除了50MHZ外就只有向更高的频率发展了,50MHZ是不太可能的,因为天线实在太大了。最后就只剩下一个选择,就是向更高的1.2G、2.4G、3.5G、5.6G、10.4G频段转移。咱不能一口吃成胖子,还要向老外学习,踏踏实实一步一步来吧,从最低的1.2G频段开始。

目标明确了,接下来要进行的就是系统设计了,当然所谓的设计也就是画个框图,不是什么技术活。


博文_BD4SY_新浪博客

blog.sina.com.cn/s/arti

2m段基本的EME系统框图

下面的图中有两种基本形式:

1、电台收发分离型,一般我们都是用一根天线进行收发,也就是天线接口是收发共用的。所谓收发分离型,是指我们要将电台天线接口先进行分离,将接收和发射分开,由原来的一个接口变成收、发两个接口,每种电台的分离方法不同,具体参考相应的电台改造方法。这样的好处是减少一个同轴继电器,减少损耗,同时也可以确保LNA安全。当然不一定都要这么改,这个看个人喜好。

2、基本型,这种形式的就不需要对电台进行改动,直接连接就行了。


注意 : LNA一定要安装在离天线最近的地方,LNA和同轴继电器之间以及同轴继电器和功分器之间的连接线越短越好,最好是直接用质量好一点的同轴接头直接连接

发布于 2018-06-12