Es'hail-2   AMSAT P4-A

 

por  PY4ZBZ      em 17-10-2016      rev. 19-02-2017

 

Cobertura do Es'hail-2

Orientação da antena receptora

Recepção com RTL-SDR

Novo LNBF Avenger

Links

 

 

Preparativos para a recepção dos sinais em 10 GHz do futuro satélite Es'hail-2, primeiro satélite geoestacionário com transponder (AMSAT P4-A) para radioamadores.

 

São dois transponders: Um com 250 kHz de banda (NB) para sinais de banda estreita como SSB, CW, etc..., e outro com 8 MHz de banda (WB) para TV digital, conforme figura seguinte:

 

O diferencial de um satélite geoestacionário é estar com footprint fixo disponível 24 horas por dia e abrangendo grande numero de países, cobrindo quase a metade da terra, como mostra a figura seguinte, caso do Es'hail-2, cuja antena do transponder radioamador tem cobertura GLOBAL, portanto footprint visual igual ao radioelétrico:

Ele será posicionado a 25,5 graus de longitude leste (25,5 E) em cima do equador, de onde ele teria a seguinte visão da terra:

A terra vista do satélite geoestacionário, numa altura de 35786 km, apresenta um diâmetro aparente de 17,4 graus:

  Como as antenas do transponder amador tem cobertura global (uma antena corneta cônica com 17 dBi de ganho e largura de feixe de 22 graus), a pequena parte do Brasil vista pelo satélite receberá o seu sinal, como mostra a figura seguinte, da potencia isotrópica equivalente irradiada (EIRP) por essa antena do Es'hail-2 no downlink NB em 10 GHz, sobre a parte "visível" do globo terrestre:

Sobre a parte leste do Brasil a EIRP será de 37 dBW.

 

Observação:

Para efeito de comparação, a antena do futuro transponder americano P4B não proporcionará cobertura global, mas localizada e favorecendo apenas os EUA e adjacências, como mostra a imagem seguinte (provisória, da AMSAT) do seu footprint radioelétrico dentro do visual. E o satélite não será geoestacionário, mas apenas geossíncrono, pois terá uma ligeira inclinação em relação ao equador, o que o fará descrever um analema por dia, ou seja, não estará perfeitamente fixo em relação a terra. Isso não é problema para antenas com largura de feixe maiores que o dobro da inclinação, mas sim para antenas de alto ganho como por exemplo, necessárias nas regiões de pouca EIRP. Uma pena que o gráfico não mostra os valores da curvas EIRP:

 

 

Voltando ao Es'Hail com transponder P4A:

A figura seguinte mostra melhor a parte do Brasil que receberá o sinal do P4A, ou seja, aquela onde a elevação do satélite é maior que 5 graus. Mostra também dados para a nossa estação PY4ZBZ, como azimute, elevação e tilt do LNBF :

A figura seguinte mostra o footprint visual (0 graus de elevação) do satélite no Orbitron (num mapa de projeção retangular, que deforma o circulo real do footprint):

Outra figura com o footprint para 5 graus de elevação, mínimo para que a antena receptora capte menos ruído terrestre, e 10 graus (melhor):

 

Orientação da antena receptora.

Vamos tentar a recepção com uma antena com refletor parabólico offset de 60 cm de diâmetro normalmente usada para TV na banda K. O Orbitron, assim como uma das figuras acima, permitem determinar a posição do satélite em relação ao nosso QTH de Sete Lagoas, que será de 10 graus de elevação com 82 graus de azimute. Para termos uma idéia sobre a abertura (sem obstáculos) da nossa antena em relação ao satélite, escolhemos por simulação no Orbitron uma hora/dia onde a lua tem a mesma (quase) posição do satélite::

A foto seguinte mostra a posição da lua igual a do Es'hail-2 (feita no dia/hora calculado acima) assim como a visão de dia, do ponto de instalação da antena:

A foto seguinte é uma montagem das fotos anteriores, da posição da lua (e do Es'hail), vista do meu QTH no ponto da instalação da antena receptora:

Podemos concluir que o caminho de propagação entre PY4ZBZ e o satélite está livre de obstáculos. A foto também permite fazer o ajuste grosso da orientação da antena.

A posição (no plano vertical) da antena offset de 60 cm será a seguinte:

O angulo de offset da antena é dado por arccos(l/h) onde l é a largura do refletor e h a sua altura. 

No meu caso l=60 cm e h=66 cm, offset de 24 graus. O ganho dessa antena em 10,5 GHz é de 34 dBi e a sua largura de feixe a meia potencia é de 3,3 graus.

 

O azimute real de 83,2 graus (Norte verdadeiro), medido em relação a rua Gabriel Passos, vista da antena, na frente do meu QTH, é de 56,8 graus (figura seguinte),

O norte magnético tem declinação de 22,6 graus W no meu QTH:

A figura seguinte, feita com o calculador SATLEX, também mostra os dados sobre o posicionamento da antena:

 

Teste de recepção

 

Fizemos um teste com um LNBF de sucata ligado a um RTL-SDR via atenuador de 10 dB, tendo como gerador de microondas em 10 GHz um HT Baofeng UV-6R. 

É sabido que esse HT gera internamente um sinal com freqüência igual a 24 vezes a freqüência de sintonia RX em UHF - 159 kHz. Por exemplo, sintonizado em 437,070 MHz, gera 10.489,521 MHz, que é próximo do centro do transponder NB do downlink do Es'hail-2, em 10489,675 MHz, com largura de 250 kHz.

A foto seguinte mostra o Baofeng, o LNBF +atenuador + insersor de CC (bias T) e o RTL-SDR Terratec, com o sinal recebido pelo SDR#:

Com o UV-6R a 1 metro do LNBF, o sinal em 10 GHz está mais de 50 dB acima do ruído. Com o squelch do Baofeng fechado o sinal é pulsado, e com o squelch aberto, continuo.

O LNBF testado tem oscilador local aproximadamente em 10012,2 MHz (10.000,0 MHz nominal), o que transforma o sinal de 10.489,521 MHz numa FI de 477,315 MHz, recebida pelo RTL-SDR.

A tela do analisador de espectro ligado na saída do LNBF mostra o sinal de 10 GHz na FI em 477 MHz. (o sinal em 784 MHz é um espúrio e os sinais abaixo de 180 MHz são de uma emissora local de FM e de repetidor de VHF próximos)

É claro que esse LNBF, cujo oscilador local provavelmente é um DRO, não tem estabilidade e ruído de fase adequados par recepção de sinais de banda estreita como SSB, mas deve permitir receber algo, e será substituído por um melhor... A antena também seria melhor com 90 cm de diâmetro.

 

Novo LNBF Avenger 

Em 25-11-2016 adquirimos um LNBF melhor, muito mais estável que o anterior com DRO, o Avenger PLL321S-2, com as seguintes características:

Para poder testar esse LNBF e compará-lo com o antigo com DRO, montamos um gerador de microondas também mais estável, baseado num cristal de 100 MHz (99,9231 MHz par ser exato). Esse gerador gera centenas de harmônicos de 100 MHz até mais de 11 GHz !, de 100 em 100 MHz. As figuras seguintes mostram o seu esquema simplificado e foto: 

Os diodos Schottky transformam a onda senoidal de 100 MHz em uma onda quadrada por ceifamento, muito rica em harmônicos. O espectro desse sinal tem a forma de um pente (comb em inglês).

O guia de onda aberto, com flange, irradia os harmônicos acima de uns 6 GHz.  E um conector BNC fornece os abaixo de 6 GHz.... 

A figura seguinte (feita com o meu antigo software for DOS RZ1) mostra o espectro em pente de um pulso estreito (com apenas 10 harmônicos) (o mesmo acontece com onda quadradas com curto tempo de subida/descida).

A figura seguinte mostra o espectro do meu gerador pente entre 0 e 1,8 GHz (o máximo de span do analisador usado). F é a fundamental em 100 MHz, e aparecem os harmônicos 2 até 18:

A figura seguinte mostra os harmônicos 101 a 110 captados pelo LNBF, e convertidos para FI com o seu oscilador local em 9,75 GHz

Por exemplo: o harmônico 105 está em 10,491925 GHz (105x99,9231), e aparece na FI em 741,925 MHz. Os harmônicos 101 a 105 estão dentro da faixa de radioamador de 10,0 a 10,5 GHz.

Não tenho como medir a estabilidade e ruído de fase desse meu gerador, mas acredito que seja razoável... e pelo menos da mesma ordem do LNBF Avenger.

As figuras seguintes mostra o sinal dele (h 105 em 10,492 GHz) recebido por um LNBF com DRO e pelo Avenger PLL:

A faixa cinza tem largura de 3 kHz. 

A portadora demodulada em USB do Avenger é auditivamente um tom puro, e a do DRO um tom instável e ruidoso, como atestam as figuras acima.

Na verdade, o espectro recebido pelo LNBF Avenger mostra a SOMA dos ruídos do meu gerador pente e do próprio LNBF !

CONCLUSÃO : Com o Avenger vai ser perfeitamente possível receber SSB do Es'hail !

 

 

 

 

 

 

Agora só falta torcer para que o lançamento (e funcionamento) do Es'hail seja um sucesso !

 

 

Links:

Varias figuras e palavras do artigo acima contem links correspondentes.

outros:

Ótimo artigo sobre RX 10 GHz do DL3JIN

Teste com um LNBF com oscilador PLL a cristal

Frequencias dos satélites Phase 4

 

 

73 de Roland.

 

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