Es'hail-2 com AMSAT P4-A = QO-100
por PY4ZBZ em 17-10-2016 rev. 09-03-2023
Orientação da antena receptora
Os transponders NB e WB em operação
Exemplo de transverter por PY4AJ
Preparativos (2016) 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...(aumentado para 500 kHz em 14-02-2020), e outro com 8 MHz de banda (WB) para TV digital, conforme figura seguinte:
A figura seguinte mostra o primeiro plano de ocupação do NB (narrow band) transponder, valido até 14-02-2020:
Em 14-02-2020, dia do primeiro aniversario do QO-100, foi aumentada a largura do NB transponder de 250 para 500 kHz, ficando como mostra a figura seguinte:
No dia do primeiro aniversario do QO-100, a mensagem do novo beacon PSK em 10489,750 MHz foi a 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:
Somente para efeito de comparação, a antena do provável 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. Mas esse projeto aparentemente foi abandonado !:
Voltando ao Es'Hail com transponder P4-A:
A figura seguinte mostra melhor a parte do Brasil que receberá o sinal do P4-A, 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 inclinação (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 a varanda de 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 com refletor 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:
O site seguinte permite calcular facilmente o apontamento da antena e skew do LNBF para o QO-100:
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.
A figura seguinte é do bias-T de construção caseira, usado na figura anterior :
Uma outra boa opção para o bias-T é a seguinte, usando um combinador VHF+UHF para TV:
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 mostram o sinal dele (harmônico 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 !
Recebendo o beacon de teste !
Finalmente, após dois anos de adiamentos, o Es'Hail-2 foi ao espaço num foguete Falcon 9 desde a base Kennedy Space Center em 15-11-2018 !
Em 27-12-2018 com o Es'Hail-2 já em orbita GEO, mas ainda na posição provisória a 24,2°E, conseguimos captar um beacon de teste, em 10706 MHz, com a antena de 1,2m de diâmetro instalada na varanda e com o LNBF Avenger PLL. O refletor parabólico offset de 1,2 metros foi presente do Bruce PY2BS e cuidadosamente transportado de São Paulo para Sete Lagoas pelo Demilson PU2UEP ! Muito obrigado a ambos !
Ganho da antena = 39 dBi, largura de feixe = 1,65 graus :
A figura seguinte mostra o resultado da medição do Fator Y da antena acima, da ordem de 6 dB em 10,5 GHz (FI em 750 MHz):
A figura seguinte mostra o beacon de engenharia em 10706 MHz irradiado pela antena omni do satélite:
É possível ver um sinal "musical" de cada lado do beacon, provavelmente modulado em FM com baixo índice.
Em 16-01-2019 captamos sinais no downlink do NB transponder, em 10489,550 a 10489,800 MHz, que ficou ligado para teste por algumas horas apenas, como mostra a figura seguinte:
Em 10489,650 MHz havia um sinal CW com a seguinte mensagem: CQ CQ DE ES2HAIL (click para ouvir):
Em 17-01-2019 o sinal CW era o seguinte : . . . . WELCOME DE ES2HAIL . . . .
De acordo com a AMSAT-DL, esses sinais CW são de um pirata !... Infelizmente...
A foto seguinte é do melhor WEBSDR do Brasil, do William PY2GN, em Pardinho SP, agora com recepção do transponder NB P4-A no satélite Es'hail-2:
Em 14-02-2019 foi inaugurada a operação dos 2 transponders NB (pol.V) e WB (pol. H), cujo ruído de fundo pode ser visto no espectro seguinte:
Escalas: H = 2 MHz/divisão V = 5 dB/divisão Freq. central =10,489 GHz
A figura seguinte mostra os dois beacons gerados em terra, nos limites da banda NB. Aparecem também dois sinais de estações em SSB:
A figura seguinte mostra o detalhe do upper beacon em 10489,8 MHz modulado em BPSK400, e a mensagem transmitida nele:
A figura seguinte mostra uma transmissão em MT-Hell feita no QO-100 por G8HAJ:
Excelente exemplo de transverter 144/2400 MHz de construção caseira
Construído pelo nosso colega e vizinho Fabio PY4AJ baseado num velho esquema de DJ5AP da figura seguinte:
Fabio PY4AJ montou em um só bloco, colocado no foco de um refletor parabólico de 2,3 metros, o transverter, com o oscilador local, um amplificador WiFi de 2W e um patch feed LHCP com F/D compatível , como mostram as fotos seguintes:
As fotos seguintes mostram detalhes do transverter:
Na foto seguinte aparece melhor o patch feed LHCP, ligado diretamente ao amplificador, sem cabo e portanto sem perdas:
A foto seguinte mostra a antena para TX em 2,4 GHz e o seu construtor PY4AJ junto com o "photographo" PY4ZBZ:
O sistema de recepção em 10 GHz do PY4AJ usa outra antena de 1,2 m exatamente como descrito mais acima.
Vejam aqui a minha construção caseira de transverter 438 para 2400 MHz (Homemade PY4ZBZ) :
Para quem não tem sistema de recepção em 10 GHz, basta usar um dos WEBSDR indicados abaixo, ou ainda o SpyServer junto com o SDR#.
Basta inserir sdr://pjm.uhf-satcom.com:55557 no campo correspondente, como mostra a figura seguinte:
Interferência solar
Essa interferência do sol nos sinais de satélites geoestacionários ocorre em dois períodos a cada ano, como mostrado aqui.
A primeira interferência solar no QO-100 para o Brasil, e mais exatamente no meu QTH de Sete lagoas MG, estava prevista assim:
Registramos o seu efeito no dia do maximo 28-03-2019, com 6 dB de aumento do ruído de fundo (fora do transponder NB) e 5 dB dentro dele, com a conseqüente diminuição de 5 dB da SNR dos sinais dentro do transponder. Na figura seguinte é bem visível o ruído normal do transponder fora da interferência assim com os sinais presentes nele, como os dois beacons nos limites da banda, assim como o aumento geral do ruído durante a interferência, entre 06:43 e 06:53 hora local:
Para transmissão em 2,4 GHz no QO-100 montei esse feed com duas yagis: (mais detalhes aqui)
Em 14-05-2019 fiz o meu primeiro QSO via QO-100, em CW e com apenas 15 mW ! usando o feed acima.
Testes com uma helix de 2,5 espiras.
A partir de 20-08-2019, passei a testar uma helix de 2,5 espiras, com bons resultados, obtendo1 dB a menos que o beacon CW, (com apenas 2 W) e portanto dentro das normas !:
Há uma regra bastante empírica segundo a qual o numero de espiras da helicoidal deve ser da ordem de uma espira para cada 0,1(F/D). Por exemplo, para um refletor parabólico com F/D = 0,6 a helicoidal deve ter 0,6/0,1= 6 espiras.
Transmissão em QR code:
Em 04-08-2019 fizemos uma transmissão de um QR Code com o Picfall que foi recebida e decodificada sem aviso prévio por DG9BFC (Está de cabeça para baixo):
Minha mensagem PicFall no QO-100 vista no SDR# e no SDRConsole:
Outra transmissão com o PicFall feita via QO-100:
Links:
Varias figuras e palavras do artigo acima contem links correspondentes.
outros:
Dual feed para o QO-100 por PY4ZBZ
Teste TX/RX em 10 GHz por PY4ZBZ
Ótimo artigo sobre RX 10 GHz do DL3JIN
Teste com um LNBF com oscilador PLL a cristal por ZS6BTE
Frequencias dos satélites Phase 4
Vídeo: Satélite Es'Hail por PY2SDR
Testes e comparação dos Boosters Wi-Fi de 4 e 8 W por RA3APW
73 de Roland.
.