První verze malé balkónové stanice pro LEO satelity

Níže popsaná stanička je určená pro amatérský SSB a FM provoz přes satelity na nízké oběžné dráze (LEO) a v pásmech V/U.
Pracuje v plně duplexním provozu. Vysílač je laděn synchronně s přijímaným signálem.

Přijímač: SDR Console a SDR přijímač typu Airspy R2 (preferovaný typ) nebo MSI Panadaptér (vyzkoušený levný typ).
Vysílač: Standardní transceiver s CI-V rozhraním, v mém setupu jde o TRX staršího provedení (šuplíková zásoba), typ Icom IC-706MK2G. V setupu je používán pouze jako synchronizovaný vysílač v pásmu VHF (146 MHz).

Anténa

Dvojice antén yagi byla instalovaná na krátkém výložníku na malém TV rotátoru do stísněného prostoru na balkóně. Mezi parabolickou anténou a sousedovic zídkou mám k dispozici jen asi 150 cm. Obě antény jsou instalované s vertikální polarizací (protože je používám též pro provoz na místních pozemních převaděčích). Elevační úhel byl v době fotografování nastaven pevně na cca 25°. V azimutu jsou antény směrovány malým TV rotátorem.

Anténa pro pásmo 70 cm: V době fotografování byla instalována upravená (úprava reflektoru) anténa od výrobce Dipol, typ ATK-10 400-470 MHz. Alternativní anténa, kterou také používám byla popsána zde.
Anténa pro pásmo 2 m: Popis je uveden zde.

Poznámka: Do vymezeného prostoru by se vešly vynikající antény Diamond, typy A430S10R2 a A144S5R2. Momentálně nebyly v Elix skladem.

Anténní předzesilovač (LNA): Použitý typ byl vyroben v Číně, je osazen obvodem SPF5189, je deklarován jako nízkošumový, na 435 MHz je jeho šumové číslo NF= cca 1dB a zisk je asi 20 dB. Zesilovač se zdrojem je umístěn v boxu poblíž paty stožáru antény. Na vstupu i na výstupu antény jsou osazeny SAW filtry pro pásmo 433 MHz. U filtrů jsem pomocí nanoVNA změřil průchozí útlum. Měřil jsem opakovaně a nechal průměrovat výsledky. Rozdíl hodnot průchozích útlumů byl maličký (desetiny dB). I tak jsem na vstup LNA vybral filtr s nižší hodnotou průchozího útlumu. Použitelný typ SAW filtru je například tento - viz datasheet. Filtr na vstupu sice zhoršuje citlivost (šumové číslo) UHF přijímače, ale na předzesilovači nedochází k jakémukoliv pozorovatelnému pronikání signálu TX z pásma VHF, a to ani při maximálním výkonu transceiveru, ani při jakémkoliv druhu provozu. SDR přijímač není nijak ovlivňován vysílačem, duplexní provoz jede bez jakékoliv degradace signálu. Zisk LNA je víc, než dostatečný k překonání vloženého útlumu tenkého koaxiálního kabelu RG-174 k SDR.

Koaxiální napáječ přijímací antény: Od antény vedou cca 3 metry koaxiálního kabelu typu RG58 Low Loss (s pěnovým dielektrikem). Od LNA vede cca 7, možná 10 metrů tenkého koaxiálního kabelu typu RG174 na vstup SDR přijímače.
Koaxiální napáječ vysílací antény: Výstup TX je propojen s anténou koaxiálním napáječem délky asi 10 metrů o průměru 5 mm. Použil jsem kabel ze skladových zásob kabel typu RG142 (teflonový, střední vodič je drát). Vyhověl by RG58 Low Loss, ale zrovna nebyl dostupný u dodavatele. Na výstup transceiveru Icom 706 MK2G nebylo třeba vložit žádnou dodatečnou dolní propust a TX lze používat s plným výkonem a zapnutým kompresorem, když je třeba. Podobně mravně se choval na FM také transceiver Icom 2730 a umožnil plně duplexní provoz na FM satelitech.

Rotátor: malý televizní, typ AR-303, ze skladových zásob. Ruční řízení kolečkem na ovládací skříňce, čas od času, po náhledu na kruhový diagram Gpredict. Ovládací skříňka a rotátor jsou propojené 3-žilovým kulatým kabelem o délce cca 10 m a o vnějším průměru cca 5 mm (pravděpodobně průřez Cu 0.75 mm²).

Vysílač: Starší transceiver Icom, typ IC-706MK2G s originálním mikrofonem, v tomto setupu slouží pouze k vysílání v pásmu 2m. Podmínkou je možnost řídit transceiver přes rozhraní CI-V nebo CAT.
Ovládání vysílače: Kontrolérem (PC program), který jsem popsal zde. Verze použitá v době psaní článku je ke stažení zde. Protože používám TCVR Icom, je použita varianta controléru s rozhraním CI-V. V souboru zip je úplný zdrojový program pro starší verzi Visual Studio 2010. Prakticky vypadá řízení vysílače takto:

Někde na obrazovce zobrazuji malé okno kontroléru - viz obrázek v pravém horním rohu fotografie s Icomem.
Kontrolér je připojen na port com0com. Do tohoto portu posílá kontrolér dotazy na frekvenci RX SDR Console a z portu čte odpovědi - hodnoty frekvencí. Hodnota pro downlink je přepočtena na hodnotu kmitočtu pro uplink. K takto stanovené hodnotě je připočtena korekce na Dopplerův posun. Data s požadavkem na kmitočet vysílače jsou odeslána přes sériový port (CI-V rozhraní) do Icomu 706.
Původně, když jsem tento setup zkoušel, tak jsem prováděl synchronizaci ručně. Protože mě to unavovalo, dopsal jsem do programu jednoduchý polling, který se dotazuje do SDR Console asi 1x za 2 sekundy. Tento polling funguje naprosto spolehlivě, pro běžný SSB provoz je naprosto dostatečný.

Nastavení satelitního režimu v kontroléru se děje jednoduše. V době psaní článku jsem použil nejjednodušší řešení. Do Menu, položka Band, jsem přidal položku Satellite. Kliknutím se otevře okno, ve kterém lze zapnout/vypnout polling a taky tam jde vybrat transpondér satelitu, např. FO-29, RS-44.

 
Řízení Doppleru

Algoritmus pro výpočet Doppleru podle TLE dat a QTH nemám ještě ani vymyšlený, ani navržený, natož vyzkoušený. Protože už byly nainstalované antény a bylo třeba vysílat, musel jsem zvolit náhradní řešení. Z predikce satelitů a ze zkušenosti víme, že když se satelit blíží, přijímáme signály na vyšším kmitočtu. Když se satelit vzdaluje, přijímáme na kmitočtu nižším. Proto jsem provizorně do kontroléru přidal tlačítka, kterými lze "naklikat" výchozí hodnotu Dopplera a během vysílání ji měnit, když je třeba. Protože jsem se taky jednou během vysílání do tlačítka nestrefil, v další verzi kontroléru jsem tlačítka vyhodil a nahradil je šoupacím posuvníkem. Viz obrázky níže. Pokud v dohledné době neuvedu v provoz druhou variantu setupu (založenou na Pluto nano), dopíšu algoritmus pro automatické řízení Doppleru. Nicméně, po několika obletech a zkouškách na dvou satelitech (FO-29 a RS-44) jsem si na výchozí hodnoty, které je třeba naklikat, zvykl. Takže se opravdu nemusím ladit po pásmu s puštěným TX a stačí mi jen snadné doladění podle výšky mého hlasu (tak, jak jsem byl kdysi zvyklý na IC-910 a TS-2000). Dá se s tím žít.

 
Další podrobnosti o řešení kontroléru, získávání prvních zkušeností jsem popsal zde.

Náhled na okno SDR console se spuštěným kontrolérem na popředí. Laděno na maják RS-44:

Okno bylo zachycené při této poloze satelitu (východ nad obzor), výška satelitu 6.22°

Predikce dráhy satelitu

Pro predikci dráhy satelitu používám oblíbený Gpredict. Pohled na jiné okno Gpredict - kliknout zde. Gpredict mi pro tento účel vyhovuje, protože je jednoduchý, rychlý, hezký a přehledný, nikam se nemusí instalovat, lze ho snadno přizpůsobit mým potřebám (rád na první pohled vidím to, co potřebuji) a lze ho nastavit tak, aby si buď automaticky nebo snadno aktualizoval TLE data ze serveru Amsat.

Několik dalších programů, které mi vyhovují, jsem popsal tady.

Vysílání na FM satelitech

Popsaný setup umožňuje též práci na FM satelitech (SO-50, ISS, AO-123). Není však podmínkou nutnou. Pro provoz na FM satelitech netřeba používat synchronizaci vysílače s použitím kontroléru. Na TX stačí nastavit úzkou FM, nacpat kmitočty pro uplink do pamětí a nezapomenout na nastavení PL tónů (často 67 Hz).

Já jsem si dal do pamětí dvě (nebo více) hodnoty kmitočtů. Např. ISS používá kmitočet 145.990 MHz. Pro uplink jsem nastavil 145.9875 MHz (když se satelit blíží) a 145.9925 MHz (když se vzdaluje). Přijímaný kmitočet ladím ve spektru SDR. Jako vysílač jsem pro uplink setupu vyzkoušel transceiver IC-2730 (mobilní stanice) a transceiver Baofeng UV-5R. Všechna rádia fungovala.

Poznámky:

1. Satelit SO-50 používá pro provoz tón CTCSS 67 Hz. Transpondér má však timer, který ho vypína cca po 10 minutách. K nahození je však třeba pískat CTCSS tónem o kmitočtu 74.4 Hz po dobu 2 sekund. To dělám tak, že mám naprogramované dvě paměti, každou s jiným subtónem.

2. Satelit ISS má na downlinku extrémně silný signál.

První FM QSO s rádiem Baofeng. Satelit SO-50, antény a LNA - viz popis:

Blokové schéma stanice

Závěry a poznámky

Po mnoha letech jsem si udělal malou radost a vrátil jsem se na LEO satelity. Provoz na LEO satelitech je zajímavý a je to legrace. V každém případě jsou amatérské satelity výborné nástroje pro sebevzdělávání a získávání dovedností v mnoha oblastech radioamatérského (nejen) počínání.

1. Mám sice maličký setup s omezenými možnostmi, ale ještě větším omezením je moje QTH. Ve směru jihozápad mám zástavbu vyšších domů a dále následuje rozsáhlý les (pověstný a tajemný Branišovský les). V západním směru vysílám skrz střechu mého domu. Tam dochází k opravdovému obrovskému útlumu. I tak v uvedených směrech slyším satelity, které mají výšku (elevaci) jen 5°. Realizace malého, ale krásně fungujícího balkónového setupu pro mě byla opravdovou výzvou.

2. V mé amatérské historii se jedná o třetí satelitní setup, který jsem si pořídil. První spojení přes satelity jsem provedl někdy kolem roku 1985 - 1986. Po mnoha letech jsem se na LEO satelity vrátil.

a) První setup využíval dvou samostatných transceiverů, které jsem si v létech 1982 až 1985 postavil. Rádia byla poplatná své době. Doslova na koleně vyrobený hrozný bastl. Fotografie žádné nemám, ale zachovalo se mi jediné foto mé oblíbené tehdejší antény. Stejná rádia jsem používal později také pro HEO satelity (vzpomínám na AO-13 a mnoho amerických a japonských stanic). Bohužel, žádné fotografie směrových antén se mi nezachovaly.

b) Druhý satelitní (LEO) setup už používal parádní transceiver Icom IC-910, případně transceiver Kenwood TS-2000. Foto mé tehdejší antény.

c) Zde popsaný setup je zatím poslední. Cílem projektu bylo prakticky vyzkoušet výborný SDR RX Airspy R2, udělat si srovnání s nejlacinějšími typy SDR (MSI Panadaptér a Pluto nano) a zrealizovat s nimi malou duplexní staničku na LEO satelity. Výsledek: všechny typy SDR přijímačů podaly výborné výsledky v duplexním provozu, umožnily panoramatický příjem celého pásma lineárního transpondéru a synchronní ladění vysílače v reálném čase.

d) Cíl: dotáhnout do konce RX/TX se synchronním laděním a s použitím desky Pluto Nano. Zatím je tento projekt v počátečním stádiu. Jde mi o rovnocenné paramatry a o stejný nebo lepší komfort obsluhy, jako má tento popsaný setup.

3. V každém případě jsem zvolil pro 2m uplink nesmyslně krátkou anténu yagi (délka cca 500 mm). Na výložníku mám místo pro anténu dlouhou kolem 1m. Toto konání nemělo žádný racionální důvod. Potřeboval jsem však anténu, která se vejde do daného prostoru, bude mít potlačená minima mezi laloky a bude mít na svorkách impedanci Z=50 Ohmů.

4. To, co se dokonale podařilo a s čím jsem spokojen je chování přijímače s anténou, kterou jsem popsal. Popsaný setup umožňuje příjem slabých signálů ze satelitů těsně nad horizontem. Při vysílání nedochází k jakékoliv, byť sebemenší degradaci přijímaného signálu během vysílání. Mohu klidně vysílat do antény plným výkonem transceiveru. Nepohne se spektrum, nezvýší se šum, nesníží se citlivost přijímače. Své vlastní signály slyším stejně, jako signály ostatních stanic na pásmu.

5. Překvapilo mě, jak silné jsou signály stanice ISS.

6. Doporučuji sledovat aktuální status satelitů na: https://www.amsat.org/status/

7. Hodně informací pro začátečníky najdete na stránkách: https://www.amsat.org/

8. Za zajímavé považuji myšlenky projektu GOLF (Greater Orbit, Larger Footprint): https://www.amsat.org/greater-orbit-larger-footprint-an-introduction-to-the-amsat-golf-program/,