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“ANTENAS DIPOLO”

07,domUTC68UTC03bSun, 09 Mar 2008 11:49:05 +00002008 2007.

 

Minhas aventuras via SATÉLITE

Por PY4ZBZ (F5NCB) em 21-06-2005, atualizado em 08-03-2008

 

Satélites meteorológicos Satélites de radioamadores ISS Links

 

Recordar é viver !

 

“Mais les yeux sont aveugles. Il faut chercher avec le coeur.” Antoine de Saint-Exupéry

 

A minha primeira experiência (1980) com satélites foi captar imagens de satélites meteorológicos, no formato APT, de satélites de órbita polar como os NOAA e METEOR, em VHF. Em 1980, eu montei um receptor VHF FM com sucatas de transceptores Telefunken, uma antena “turnstyle” para 137 MHz, e um decodificador APT com componentes discretos ! Não tinha acesso a Keplerianos, muito menos a computadores, o PC acabara de ser lançado nos USA ! Usava um gravador minicassete Phillips para gravar o sinal de áudio de 2400 Hz, modulado em AM, e depois o decodificava, mandando o sinal de vídeo de varredura lenta resultante para o Whenelt (grade de controle) do tubo de raios catódicos de um osciloscópio, cujas varreduras V e H eram geradas pelo meu decodificador APT caseiro. Usava uma maquina fotográfica Polaroid, em pausa, fixada na frente da tela do osciloscópio! Vejam dois exemplos de imagens recebidas (e amareladas pelo tempo:137,5 MHz deve ser de um NOAA e a 137,3 MHz de um Meteor ):

Hoje ficou tudo bem mais fácil, basta usar programas de computador, e perdeu um pouco da graça e emoção de conseguir tudo por esforço próprio !… O computador agora faz quase tudo. Vejam algumas imagens de computador, com o programa WXtoImg, recebidas em Agosto/Setembro 2005, em Sete Lagoas, (com uma Yagi de 2 elementos interna 146 MHz… e o mesmo velho receptor Telefunken modificado por mim: um VFO analógico com AFC que segue o Doppler e modulação reversa para aumento artificial da banda passante) , dos satélites NOAA17 e NOAA-18:

(click em cada imagem para ver em tamanho real 1040×1700):

Aparece um “belo” ciclone extratroplical, no sul…

Sobre recepção de satélites meteorológicos, veja por exemplo, os ótimos sites de PP5AMP , PY1WX e PU3XPG.

As figuras seguintes mostram o efeito da banda passante de um receptor comum para fonia FM (NFM ou NBFM, banda da ordem de 25 kHz, insuficiente para APT), e um receptor com banda passante adequada (da ordem de 50 kHz), sobre a qualidade das imagens. O defeito pode ser muito bem visto nas linhas verticais (sinal Sync) e nas barras horizontais de telemetria:

 

 

Satélites para radioamadores:

 

Há mais 20 anos atrás, era muito mais interessante e gostoso fazer QSOs via satélite do que hoje.

Não tinha Internet e nem computadores PC baratos. Era preciso determinar manualmente as passagens favoráveis dos satélites. Eu tinha um kit TK80 da NEC com microprocessador 8080, para o qual fiz um programa em linguagem de maquina, que fornecia uma listagem das passagens dos RS5, RS7 e RS8, baseados no EQX (data/hora e longitude do ponto de cruzamento do rastro terrestre (ground track) do satélite pelo equador). A figura seguinte é um exemplo desta listagem, feita com o 8080 e uma velha maquina teletipo:

Em 1984, eu fiz uma experiência inédita para medir a distancia do satélite em relação ao meu QTH e em função do tempo. Montei uma espécie de RADAR, cujo principio está na figura seguinte:

Usando um osciloscópio disparado pelo pulso transmitido, observava o pulso de retorno do satélite e anotava em intervalos regulares o tempo de ida+retorno do sinal. Em seguida eu plotava o resultado num gráfico como o da figura seguinte, o que permitia verificar com precisão o TCA (time of Cloasest Approach) e determinar o AOS (Acquisition of signal) e LOS (Loss of signal) da próxima passagem:

O Transversor valvular (esquema aqui) de 21 para 146 MHz foi construído por mim a partir de sucatas, e gera 50 Watts, usando uma QQE06/40 na saída, e permite operação em CW e SSB (e pulsos para o radar acima) :

A minhas primeiras experiências foram feitas com os satélites russos da serie RS, com órbita circular baixa, onde o Uplink era em 2 metros e o Downlink em 10 metros, e permitia contatos apenas na América do sul.

Depois passamos para o Oscar 10, de órbita elíptica, o que complicou muito calculo das passagens favoráveis. Usava-se um mapa especial chamado “Oscar locator” que pode ser visto na figura seguinte, onde eu plotei as curvas em “m” da área de cobertura para meu QTH de Sete Lagoas, para diversos MA (anomalia media) sendo a preta para o satélite no apogeu:

Pode ser vista também uma elipse verde, que corresponde a área de cobertura centrada na França, o que permitia determinar a possibilidade de contatos com paises da Europa, desde que o rastro do satélite esteja dentro das duas áreas. O rastro terrestre (Ground track) do satélite tinha que ser calculado (usando uma HP 35 !…) e plotado numa folha transparente e que era sobreposta ao mapa acima, fazendo coincidir a marca do EQX com a longitude para a órbita desejada. A figura seguinte é um exemplo de rastro do Oscar 10:

Este gráfico era redesenhado apos um período de um ou dois meses, pois ele depende do argumento do perigeu do satélite, que muda com o tempo. O gráfico tinha marcas de MA (anomalia media) que é uma escala relativa da posição do satélite na órbita, com 0=256 no perigeu e 128 no apogeu. Tinha também marcas de tempo relativo (em verde).

A figura seguinte mostra a primeira mensagem que eu recebi do satélite Oscar 10, com um TU de construção caseira e uma velha maquina de teletipo:

Para o Oscar 10 eu usava uma Yagi de 16 elementos em 435MHz e uma Yagi de 6 elementos em 146 MHz, ambas de construção própria, com ajuste de azimute e elevação manual (a esquerda na foto):

 

Quando surgiu o primeiro computador MSX (da Gradiente, com 64 K bytes de RAM, isso mesmo: 64 K bytes), fiz um programa em Basic, (baseado num exemplo de programa em Basic genérico da Amsat que só fornecia resultados numéricos), e que além dos resultados numéricos, tinha uma tela gráfica !…:

A figura acima feita com meu programa para o MSX mostra o lançamento do Oscar 13 ! A área de cobertura e indicada pelo circulo amarelo (no perigeu) e a curva amarela para o apogeu.

Veja aqui o mesmo programa adaptado do MSX para o PC IBM em 1988! ( Funciona no GWBasic).

 

Hoje usa-se um PC e um programa como o Orbitron, e está tudo resolvido num piscar de olhos !… :

 

A foto seguinte mostra a minha estação hoje (20-06-2005) onde ainda está o velho transversor valvular, usado para transmissão (junto com o Atlas 210X) para o satélite FO-29, e recepção em 435 MHz no FT100D.

Para os satélites repetidores FM, como o SO-50 e AO-51, uso um velho KDK para TX em VHF, com subton original de 100 Hz modificado para 67 e 74,4 Hz, e o FT100D na RX em UHF

Para contatos via repetidor FM da ISS, uso o FT100D para TX em UHF e o KDK para RX em VHF.

Para contatos via Hamsat VO-52, uso o FT100D para transmitir em 435,25 MHz e um conversor de construção caseira com GasFet para recepção em 2 metros, junto com o IC725 :

O mais interessante via satélite é você poder ouvir o seu próprio sinal retransmitido pelo satélite !

As antenas que uso hoje são uma Topfkreis para 2 metros e um dipolo grosso para 435 MHz, ambas de construção caseira (veja detalhes aqui):

Evidentemente, são antenas com baixo ganho (2 dBi) no plano H, com nulo no zênite, mas tem a vantagem de não precisarem de rotor !

Quando o satélite está mais elevado, uso as duas antenas Yagi de 2 elementos, 50 ohms, fixadas num tripé da maquina fotográfica, dentro do shack. Mesmo tendo que atravessar a laje e o telhado, o sinal ainda é melhor que com as antenas verticais externas. Uma vantagem deste sistema de orientação manual é que além de permitir ajustes de azimute e elevação, também permite o ajuste de polarização linear vertical, horizontal ou qualquer angulo intermediário. Apesar do sinal da maioria dos satélites ser polarizado circularmente a direita ou esquerda (O SO-50 usa polarização linear), as vezes o sinal recebido é polarizado linearmente ou elipticamente devido a atitude do satélite e outros fenômenos. :

Medidas das antenas da foto acima (cm) (tubos de Al. de 9 mm de diâmetro, boom de 19 mm) :

VHF: refletor=102 , dipolo aberto radiador=91 , separação=37. UHF: refl.=35, rad.=29,3, sep.=14.

Fiz o projeto destas antenas no MMANA, de forma a obter 50 ohms no centro dipolo aberto. O dipolo aberto da antena de UHF é fixado isolado do boom por meio do corpo de uma velha caneta esferográfica Bic… Veja detalhe na foto seguinte, onde aparece também o balun 1/1 de 50 ohms (detalhes do balun aqui):

Características da antena Yagi 2 el. VHF acima (a de UHF é semelhante):

 

A pedido do Arnaldo PY4BL, transformei o projeto da antena acima, que usa 2 cabos distintos para VHF e UHF, em uma antena com apenas um cabo, colocando os dois dipolos no mesmo plano e ligados em paralelo, permitindo assim o seu uso com um só equipamento do tipo que tem apenas um conector para VHF e UHF, como o IC706, FT100 etc… O ajuste fino foi feito com o MMANA. O arquivo do projeto está aqui: 2yagi2elVU1cabo.mma. Tem impedância de 50 Ohms em V e U e não precisa de balun. A foto seguinte mostra a antena construída e usada com sucesso por PY4BL, com elevação fixa em 45 graus, e azimute movido a feijão ! Medidas (em mm) dos elementos: dipolos (de ponta a ponta) VHF=906, UHF=298; refletores (comprimento e separação): VHF 1014 e 380, UHF 340 e 155; diâmetro dos elementos=9,2 mm.

Vejam também uma versão portátil e desmontável desta antena aqui:

E vejam vídeos que mostram esta antena em pleno funcionamento aqui.

 

 

Em setembro 2005, substituí a 2 elementos UHF (6 dBi) por uma 6 elementos OWA (10 dBi), feita com arame para solda amarela, de 2,34 mm de diâmetro. As vantagens desta antena são: banda muito larga, boom reduzido, e 50 ohms direto sem gamma ou outra transformação. Veja mais detalhes sobre esta e outras antenas OWA aqui. A foto seguinte mostra a antena experimental com boom de madeira, amarrado ao boom de alumínio da antena 2 elementos para 2 metros:

Características da Yagi 6 elementos OWA para UHF:

 

Com estas antenas e equipamentos fiz QSOs (desde 19-05-05) em FM e SSB, via ISS, AO-7, VO-52, AO-51, SO-50 e FO-29 com:

PY4ML, PY4AJ, PY4BL, PY5AQ, PY1AT, CX1TH, PP8DA, PY2ALR, PY2FFZ, PY6JTV, PY2DNR, PY3DU, PY2OC, LU9MBK, LW4DCI, PY2FFG, PY2TR, PY2BBS, PY2CDS, ZP5ZDM, LU2FMU, ZZ2NGB, LU2DPW, LU1HKO, PT9PA, PY1UNU, CE3BSK, CE3TMQ, PT2TD, ZZ5MKK, PY4MAB, FY1FV, CE3QC, PT9FH, PY1WX, PY1SAN, LU7WW, PY3OL, FY0JJ, LU6AXC, ZZ1SGT, PY2SRB, PY2BS, PY2WG, PT2ATC, LU6QI, CE3RR, PY5RX, LU2JCI, PY5ATZ, PU5RPB, PY2MOK, PY4LOG, PY2BVF, PY5EJ, PU4GSV, NA1SS, PY2SAD, ZZ2VJG, PY8ACS, YV6PM, CX5BBF, PS7JN, YV6BFE, YV5MM, LU3HBA, PU5BOA, LU4JCR, PY3NZ, LU2MGQ, PU4LCR, LU1DA, LU7DEB, PU2YKC, LU4HE, PU5MYM, PU5MRA, PU4DRD, PY5FS, UT1FG/MM, CX2SC, PY5JCI, PY5AK, PU2VIR, PU2SBY, PU2PYC, PY7DI, PU2RIB, CA3SOC, CX5IC, PY7DCW, PU4HAS, PY4EU, PU2FMI, L50E, YY6KWD, PU9WIL, PY7KT, PY5LF, PY5ONE, PT7ZAP, PY5GW, PY5TJ .

Ouça alguns QSOs via satélite, gravados diretamente com o DIGTRX, incluindo o retorno do meu sinal:

FY1FV no AO-51, ZP5ZDM no SO-50, PY4BL no VO-52, PY1SAN no AO-51, PP8DA e PY1AT no FO-29

no AO-51 subindo em USB (145880) e voltando em FM (435300) !

Vejam aqui vídeos de QSO via AO-51 com HT e antena portatil.

 

Baliza CW (beacon) em 145,860 MHz do VO-52:

A figura seguinte é um espectrograma do sinal da baliza CW do VO-52, com o transponder holandês, montado por William PE1RAH. O sinal foi recebido com a Yagi para 2 metros de dois elementos (descrita acima), dentro do shack, e gravado com o DIGTRX , e analisado com o CoolEdit. A mensagem toda dura da ordem de 52 segundos, e é possível observar perfeitamente o efeito Doppler, que durante estes 52 segundos, fez o sinal RX variar de 1220 Hz até 990 Hz. Como a gravação foi feita próximo ao LOS (perda do sinal), pode ser observado também, pela curvatura do sinal, que a taxa de variação df/dt diminui a medida que o satélite se afasta. A segunda figura é um a ampliação (3X) no tempo da primeira e onde identifiquei os caracteres do código Morse. Assim, fica muito parecido com as fitas de papel usadas antigamente para recepção de telegramas em Morse, onde se observa perfeitamente os pontos e traços telegráficos :

A figura seguinte mostra a baliza (beacon) CW, de telemetria, em 29,502 MHz, do AO-7 no modo A, em 16-12-2006 10:18 UTC. Observa-se um sério problema: há 5 sinais com durações diferentes, quando o certo seriam 2, traço e ponto ! O mesmo ocorre com os espaços ! Ou seja, está todo atrapalhado e incompreensível (compare com a bela telegrafia do VO-52 acima):

 

As figuras seguintes mostram a queda do sinal do AO-7, ao entrar na sombra da terra. Como o AO-7 é alimentado apenas pelos painéis solares (a sua bateria está aberta), ele funciona apenas quando recebe luz do sol. O Orbitron mostra a passagem de iluminado (groundtrack amarelo) para eclipsado (rosa), sendo que cada tracinho marca intervalos de 1 minuto. E como observou muito bem o Rogério PT2TD, uma outra forma de saber se o satélite está iluminado pelo sol é a seguinte: se pelo menos alguma parte da sua área de visibilidade (ou “footprint” visual, o circulo verde da figura seguinte) estiver na região “de dia”, é porque o satélite está iluminado. (é o caso da figura, onde há uma parte do footprint visual sobre a região”de dia”). Ou ainda, se toda a área de visibilidade do satélite estiver no escuro, o satélite está em eclipse, ou seja, no escuro do cone de sombra da terra. Veja mais detalhes aqui.


Na figura da forma de onda (inferior) é possível ver um fenômeno de propagação: a cintilação ionosférica, que consiste em rápidas e intensas variações do nível do sinal (transmiti uma portadora pura). Este fenômeno só ocorre em alguns períodos e lugares, e é geralmente mais intenso na região equatorial. O espectrograma, além da cintilação, também mostra a queda do sinal devido a entrada do satélite na sombra da terra, que ocorreu 2 minutos antes do LOS teórico, se o satélite estivesse com a bateria OK… Na figura acima, pode ser observado que o eclipse durou apenas 5 minutos, mas no retorno para iluminado, o satélite já estava bem abaixo do horizonte para Sete Lagoas…:

 

Em 8 de fevereiro 2006, fizemos uma transmissão unilateral de SSTV (Robot 36) para PY4AJ Fabio, via AO-51, na órbita #8462, no modo V/S, pois eu não tenho recepção em 2 GHz. Fábio retransmitiu duas das imagens recebidas por ele de volta para mim em VHF, usando o DIGTRX, no modo HamDRM. Nelas pode ser visto o QRM causado pelos telefones chineses, por PY2JY (que chamamos mas que aparentemente não tinha recepção em 2GHz…) e pelo fading:

 

 

 

ISS :

Em 01 de Agosto 2005, fiz o meu primeiro QSO via repetidor FM da ISS com PP8DA (18:38 local) e em seguida com PT2TD (18:40), na orbita #38288. A ISS estava acoplada ao ônibus espacial Discovery, missão STS-114, na orbita #100. Apos os QSOs, fotografei o rastro da ISS+STS114 com uma Sony DSC-W1, que já estava montada num tripé na janela do meu shack, orientada para sudoeste e com 25 graus de elevação, com exposição de 30 segundos, F=5,6, distancia focal 7,90 mm, 200 ASA. A exposição foi iniciada as 18:41:22 local, mas só registrou 20 segundos da ISS, porque depois sumiu atrás do telhado da minha casa, indo em direção ao sul. A estrela mais brilhante (magnitude=2) da foto é Mu da constelação de Vela (as estrelas estão em forma de traço devido a rotação da terra durante os 30 segundos de exposição. O norte está a direita da foto, que é um recorte sem ampliação da imagem original de 3,15 Mpixels):

A magnitude (brilho aparente) da ISS era de 1.3. Compare a precisão do rastro fotografado com a previsão de visibilidade do site Heavens-Above ( veja aqui como a altura da órbita da ISS muda com o tempo):

Se a minha maquina estivesse num lugar mais aberto, daria para ver o rastro se apagar sozinho, no momento em que a ISS entra na sombra da terra, o que no Orbitron é indicado com a mudança de cor do rastro terrestre de amarelo para vermelho, como pode ser visto na figura seguinte, que mostra as condições da foto acima:

Veja aqui uma foto minha de um “flare” de satélite IRIDIUM.

Em 12-02-2006 14:09 UTC, fiz um contato com o comandante da ISS, Bill McArthur, NA1SS, em fonia VHF.

 

 

 

 

Artigos relacionados, de PY4ZBZ :

Órbitas de satélites.

Como saber se um satélite está recebendo luz direta do sol ?

O efeito do atrito com a atmosfera sobre a velocidade de um satélite.

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Antena portátil para satélite V/U com um cabo só, tipo “open sleeve”.

Vídeos de QSOs com HT e antena portátil

 

Programas:

Orbitron FODTrack GSCTrack WiSPDDE

SatDown Permite calcular o downlink, com resultado em unidades S (por PY4ZBZ)

O melhor programa para satélites Iridium:

 

Outros links interessantes:

AMSAT. Artigos AMSAT.

Keplerianos de satélites: amateur.txt e weather.txt (sat. meteo.)

Diplexers V/U: HB9ABX OH3TR VE3RGW KI0AG

Live OSCAR Satellite Status Page

The AO-7 Log and Resource Site

 

Home page de PY4ZBZ

 

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