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衛星通信之認識及規則

No.06   1992 Nov.   p52~54,   by 劉昌賢 / BV4VB



Fig 02
筆者於台中圖書館主辦,促進會中部辦事處協辦的業餘無線電衛星科學研習會之前,架設天線。

    衛星通信可說是一項集業餘無線電潛力於大成的無線電活動。經由協力及互助合作精神的發揚,業餘無線電衛星將帶給人們新的境界。除遵守一般通信守則外,其所應有的態度及認知如下:


改善地面接收靈敏度

    衛星信號由衛星上發出時,大多時候均少於 5 瓦,傳輸距離則在數百至四萬餘公里左右,信號非常微弱。受信裝置的接收感度非常重要,如果能接收到藉由 "Loop Test" 而下鏈之信號,與他局通信成功的機會使提高許多,否則連自己的測試信號都無法抄收,豈不是替別人找麻煩嗎?

    增加自局接收感度的方法,通常是在靠近天線愈近的地方,裝設高增益、低雜音的放大器,這種前置放大器有的用電晶體,但雜音指數 (NF, Noise Figure) 較大,會使收信困難,可選擇使用 GaAs FET 作成的信號放大器。筆者用的 Pre -Amp 有 23.8dB 增益,而 NF<0.6 dB,對於弱信號的放大非常有益,但是價格並不便宜。


何謂 LOOP TEST

    當我們在進行衛星通信時,地面電台所發出的上鏈信號經由衛星轉頻中繼,再經由下鏈信號出電台確認無誤的過程,稱為 LOOP TEST。


LOOP TEST 原則

    Loop Test 時,調整地面電台上鏈信號的發射功率,以使下鏈信號的信號強度恰能接收且不致超出示標信號強度為原則。發送有意義的電台呼號可使其他地面電台迅速調整頻率,省卻自局再做 CQ 的程序或因 QRZ 而失去通信機會。重要的是節省衛星上寶貴而有限的電能。


上、下鏈頻率關係

    業餘衛星體積通常不大,所能搭載的通信裝置自然受限,所以轉頻器的頻率關係,因衛星發展和工業電子有關而演變,因此每一位對衛星通信有興趣的火腿迷,都應清楚明白這些頻率關係。而且因衛星的位置、相對速度的變化而造成的都卜勒 (Doppler Effect) 效應,會使操作中的上下鏈頻率發生偏差,便得知曉如何修正。

    VHF/UHF 通信機中,所顯示的頻率是工作頻率。首先根據衛星的上下鏈頻率關係,定出上下鏈頻率,並以適當的功率作 Loop Test,而調整下鏈頻率的接收頻率至正確位置。經確認無誤後便可依據這個關係式 (上鏈頻率 + 下鏈頻率 = 常數)進行該次通信任務。

    通常我們並不採改變發射頻率、固定接收頻率的方式來做 Loop Test,因為這會干擾他人在別的頻率上工作的樂趣,同時也是種不太友善的行為;遑論 QRM 了。

    在操作 CW 時,音調是沒有太大的問題的。但在 SSB 時,我們多半發出「阿 - 阿 -」或「嗶 - - 嗶」的聲音而做頻率修正之工作,切忌吹口哨的行為,有點不禮貌了。

Fig 01


都卜勒頻率偏移效應

    由於目前尚未有地球同步業餘衛星在宇宙中工作,現有的衛星多半為低軌道衛星,除了 AO-13 為橢圓形軌道外,所以衛星在軌道上運行時,下鏈頻率會不斷變化,而與頻率關係常式中的頻率發生偏移,這種都卜勒頻率偏移變化 (Doppler Effect 或 Shift) 從數 Hz 至數 KHz 不等。

    如果我們已經在固定頻道上與他局進行對話時發生頻率偏移,這時候我們必需修正地面電台的上鏈頻率,而不做下鏈頻率的修正,為的是避免與其他周圍頻道上的操作人員發生人為的混信干擾。新手尤應注意此點。


衛星頻帶的干擾問題

    最常見的干擾是來自地面電台附近的 FM 電台,這種情形在台灣尤其嚴重,筆者居住台中市內,幾有衛星信號無法接收之情形,誠有「寸步難行」之苦。如果說這些干擾的 FM 電台是有執照的火腿,請其 QSY 還可行,但是這些人不見得是火腿而是一群不願上進的香腸,因無知而佔用頻道,只會按 PTT 而已。

    有個笑話是這樣來的:有一天在 145.825MHz 突然有二陣數據通信的信號出現,在 145.820 的某些友台,僅用 X-500GP 與 721 車台或手機便清楚接收到,引起一陣騷動,這時台長說有人惡意干擾,於是大家起而蓋台,不讓這個人繼續做電腦通信,幾分鐘後這個信號不見了,於是大夥開始用三字經漫罵一陣,有用嗎!?隔了一陣子這個信號又來了,還很強呢,於是大家再來蓋台。過了幾個月後 (這個衛星發射至今已有一年多),這群人不再蓋台了。這個衛星是為了紀念巴西衛星之父而做的實驗衛星,完全由業餘無線電家全心投入而完 成的,目的是要以簡單的設備激發小學孩童對無線電及天文物理的研究而完成的。卻在台灣上空遭此不測,真是可嘆啊!只怪台灣的小孩子根本沒有講話的餘地,而且要到 18 歲才能考試領業餘無線電執照。


業餘衛星通信的特徵

    業餘衛星通信與 HF 帶通信是不同的,它同時具有送信及收信的路徑,通起話來像是與對方用電話交談一樣,說句「Hello, How are you?」便會在下鏈頻率聽到同樣的一句話,只不過會慢些而已。

    這種通信方式,比起單向 (單工) 的通話是比較有效率,好幾個聲音可以在一個頻率上出現,也可以三兩好友開個「圓桌會議」彼此傾心相談或研究無線電技術等等。


下鏈與示標信號強度

    火腿們 (香腸族亦同)在操作無線電時大半寄望信號「強」而飛得「遠」。在衛星通信中,「遠」是無庸致疑的,以低軌道而言,約在數百至一、二千公里高空中,而 AO-13 則在數百至四萬餘公里高空中,通信距離僅次於 EME 月面反射通信而已。

    至於信號要「強」,恐怕力有未逮。通信中繼器 (Transponder) 的輸出電力通常不會很大,有時僅比自然界背景噪音高一些 (約 4dB) 而已。如果上鏈發射功率太大 (想想你的下個月電費吧!),將使衛星輸出額外而不必要的功率,除了耗掉電瓶中的大量電能,影響他人的通信樂趣外,也會快速縮短其壽命,是種損己不利他的行為。

    因此我們都使下鏈信號的強度與衛星示標信號的強度相當即可。陷入信號「強度」的泥沼,不如趕快改善收發設備的「品質」才是正本清源之道。


知識及情報的獲得

    業餘無線電衛星多半具有實驗的意味,由業餘的火腿迷採用奉獻及做義務工作的精神全力協助業餘無線電衛星的發展。

    衛星因本身機件、實驗的需要而改換不同的操作模式,中繼器有時則關閉不用或禁止使用。有關於衛星本身的作業時序表,可由衛星本身的示標信號中取得,示標信號採固定頻率而以 CW, RTTY 或 FSK, PSK 信號傳送給地面的操作電台。因此一套完整的數據電腦通信裝置對衛星地面電台是十足需要的。

    除此之外,可透過與業餘無線電衛星有關的組織機構,有線或業餘無線 BBS 取得相關資料。同時必需知道如何預測衛星的位置及其參數等等。


瞭解衛星創造新科技

    最近的業餘無線電衛星,己多採用 VHF/UHF 甚或 1200MHz 及 2400MHz 頻帶,將來甚至使用更高的微波頻段。而在早期衛星時代,則有用 HF (如 10、15 米頻帶)者,現在的 microsat 亦有用 15 米作上鏈頻率。

    衛星通信電台的高增益天線、前置放大器或功率放大器及機件的操作,是基本的實務運作,而瞭解衛星、研究衛星更進而創造新的科技通信則是火腿迷們的另一期望。而這些實務必需經由實際動手的實驗和試誤才能得到真正的進步經驗。有興趣的同好可以求教於當地已經有衛星通信成功經驗的火腿迷們。


國際親善合作的典範

    業餘無線電衛星乃是由眾多個人投入智慧才能,配以廣泛的財務背景支援所成就的事業,Radio Amateur Satellite Corp. (簡稱 AMSAT) 乃一非營利機構,財務來自會員的奉獻和會費及其他收入,例如 AMSAT 會員將發展的衛星用軟體捐獻給協會而販售的收入等。這是長期努力所得的。

    衛星並非打上去就沒事,地面的命令中心電台不斷監測衛星飛行狀況並加以修正,當然也有不斷的實驗。衛星通信雖然運用基本的無線電通信,但在以個人為單元的業餘無線電世界裡,正是培養通信能力的好場所。

    過去由於先輩不斷的努力和推廣,今天從事業餘無線電衛星通信的技術已變得非常普遍,這樣的實驗機會和樂趣不再是學術或專業或政府機關所專一享受了。


業餘衛星通信的規則

操作許可

雖然並沒有強制有興趣的業餘無線電人員一定要參加 AMSAT,但 AMSAT 仍懇切希望從事衛星通信的個人加入該組織,以共同促進業餘衛星的發展,誠如所言:「有錢出錢,有力出力」。

在日本除了業餘電台操作資格外,尚必須在執照的通信事項欄內附註「包含宇宙無線通信」核可之註記,否則一般還是只能做地面通信而已。

在台灣本地,開放的頻帶尚不足構成衛星通信的條件,在 2 米的 144.0~144.5, 145.8~146.0,70cm 波段的 435.0~438.0, 1260.0~1270.0 及 2400~2405MHz 等均為業餘衛星所註冊的波段,奈何本地香腸族佔用頻道已久,又無法接受溝通解釋離開佔用的頻段,因此在我國意欲操作業餘衛星實在難如登天。

通信頻帶、送信出力及電波型式

以 AO-13 來講,所使用的頻段有 144, 435, 1260, 2400 等頻帶,操作時的功率在 V/UHF 中通常低於 50 瓦特,而 1.2GHz 則為 10 瓦特。操作的電波型式有 SSB, CW,SSTV, RTTY, FAX 等均可,而 FM 及 AM 不可。筆者在操作 AO-13 Mode B 時以 CW 試驗的結果,若衛星在遠地點 (約 43000 公里)時只要 10 瓦便可完成 Loop Test,然若衛星經過頭頂 (距離約 8000 公里)時,僅需 3 瓦左右即可。

後級功率放大器的裝置

我們在架設業餘衛星通信天線時,依據輸出功率、天線增益 (dBi 或 dBd 均可)而以 EIRP (有效輻射強度功率)來作根據,小型天線的增益顯已不足,上鏈功率便得加大,而大型的高增益天線 (dBd 大者)用來較為方便,只需小功率 (在收發機端約 20 瓦左右)便可完成 Loop Test 動作。EIRP 的需求值,可參考 AO-13 的通信數據作衡量,通常都不可大於 50 瓦。

增加收信增益亦不失為一良策,此部份因牽涉工程技術,另章討論。

關心保護她

業餘無線電衛星是項珍貴的資源,是人類的另項成就,任何操作衛星通信的火腿應該有時時關心保護「她」的態度,可別讓個人的私心或無知而使其受傷害,衛星故障,可不是伸手撥電話就有人會去修理的。

    願將來 BV 電台在操作衛星時能有所警惕。共勉之! END



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