Peter Sundberg SM2CEW

Som radioamatör kan man alltid utvecklas och behåller man ett öppet sinne så handlar det oftast om ett livslångt lärande. Man lär sig till största delen av kollegor i hobbyn som endera kommit en bit längre i sitt experimenterande eller så besitter de kunskaper genom utbildning eller profession.



SM2CEW 8 m parabol

Vissa projekt man tar sig an kan te sig tämligen triviala medan andra kräver både planering, utveckling av den tekniska plattformen och hängivenhet kopplad till en stor dos tålamod. På den ”röda delen” av skalan hittar vi ofta komplicerade byggprojekt som exempelvis en hembyggd flerbandstransceiver eller en stor antenninstallation. På den ”gröna delen” av skalan hittar vi istället antennprojekt modell longwire/G5RV eller ett interface som kopplar ihop dator och radio.

Ett projekt som i princip alltid hamnar längst ut på röda skalan är månstuds, eller Earth - Moon – Earth kommunika- tion (EME). Anledningen till att projektet upplevs vara en sådan utmaning beror troligen på att man sett bilder på monstruösa antenner och stora slutsteg hos månstudsare. Sådant både inspirerar och avskräcker. Och visst, så ser det oftast ut så hos de flesta seriösa månstudsare men denna artikel ska visa att man klarar sig med mycket mindre utrustning för att köra QSO:n via månen.

Skillnaden är bara att man med en mindre station förlitar sig på att motstationens utrustning säkerställer att de fysikaliska förutsättningarna uppfylls. Det betyder i klartext att den dämpning av signalerna (path loss) på c:a 250 dB som gäller för 144 MHz måste övervinnas för att signalerna ska höra i bägge ändar. Mindre kräm i ena änden betyder att man måste kompensera för detta på andra sidan.

I den måttan skiljer sig månstuds naturligtvis inte särskilt mycket från annan kommunikation. Det finns alltid en kommunikationsbudget att beräkna för en given kommunikationsväg. Budgeten bygger på tillgångar (sändareffekt, mottagarkänslighet) och förluster (dämpning, polarisationsavvikelse m.m). Men eftersom en budget för kommunikation via reflektion mot månens yta innebär stora förluster på vägen blir också signalnivåerna så låga att varje dB har mycket stor betydelse. Det handlar alltså om att hitta alla möjligheter att tillvarata sina tillgångar och minska förlusterna. Lyckligtvis finns det ett antal parametrar som man tämligen enkelt kan påverka i detta avseende och dem återkommer vi till längre fram.


Vad vill jag åstadkomma – vilka förutsättningar gäller?


Låt oss börja med att titta på förutsättningarna för att med minimal utrustning köra ett EME-QSO. Först och främst, för att uppnå största möjliga tillfredsställelse så handlar vårt upplägg om att kommunicera via telegrafi. Digitala moder ökar i popularitet men i den form de nyttjas idag så finns anledning att fundera över om de verkligen bygger på överföring av fullständiga meddelanden via radiokanalen. Den som är intresserad av en analys av dagens digitala koncept rekommenderas att läsa artikeln "Digital kommunikation med WSJT – JT65 Deep Search".

http://www.sm2cew.com/wsjt.pdf

Telegrafi – nyckeln till framgång

Vår första förutsättning handlar alltså om att välja telegrafi för att överbrygga avståndet månen tur och retur.



Sändningshastigheten ligger normalt på c:a 12-18 WPM, 
d.v.s. 60-90 takt. Eftersom man genom att nyttja mycket smala filter, ibland ända ner till 50 Hz, förbättrar signalbrusförhållandet så kan man inte sända mycket fortare. Vid hög takt flyter tecknen ihop i ett smalt filter och man klarar därmed inte av att tyda meddelandet.

Dagens moderna riggar med DSP-filter tillhandahåller lyckligtvis stora möjligheter att gräva fram svaga signaler i bruset. Det handlar alltså inte om att filtrera bort störande stationer utan endast om att skapa bättre signalbrus- förhållande och då räcker filtren till. Naturligtvis får man bäst resultat med ett smalt kristallfilter, men vi låter oss inte avskräckas om riggen saknar ett sådant. Saknar riggen även DSP så fungerar det även utmärkt med ett externt audiofilter.


Vilket band ger bästa förutsättningarna?

Utan tvekan ger 144 MHz de bästa förutsättningarna att köra månstuds, framförallt med minimal utrustning. Här är path loss c:a 250 dB och det finns massor av stationer som klarar av att köra motstationer som endast nyttjar en antenn. Det finns även en annan fördel med 144 MHz och det är att man vid gynnsamma förhållanden kan få hjälp av en mark- reflektion som ger 6 dB extra gain, s.k. markgain eller groundgain på engelska. Dessa markreflexioner förekommer i huvudsak då månen befinner sig < 12 graders elevering över horisonten, d.v.s. vid månens upp- eller nedgång. Ett tillskott av markgain på 6 dB är som att gå från en single yagi till fyra stackade antenner och uppstår alltså helt gratis. Problemet är bara att pricka rätt tidpunkt och att terrängen stödjer en god markreflexion. Att rikta antennen mot månen över slät eller sluttande (fallande) mark alternativt över sjö eller hav uppfyller alla kriterier för att uppnå full pott vad gäller markgain. Ett oändligt antal EME-QSO som genomförts genom åren har lyckats just på grund av att markgain uppstått hos den ena eller hos bägge parter.



SM7WSJ 14 element (144 MHz)

Nackdelen med 144 MHz är att man numera oftast har en rejäl brusmatta från omgivningen och det egna huset. Det är inte ovanligt att brusmattan ligger på 6-10 dB eller mer, och det är få EME-signaler som klarar av att överbrygga den störnivån. Lösningen innebär oftast att elevera antennen, d.v.s. rikta den upp mot månen då den står högt upp på himlen.

Nackdelen är att man då tappar all form av markgain, alltså handlar det om att kommunikationsbudgeten på 250 dB stämmer till punkt och pricka.

Även på 432 MHz fungerar det med relativt små antenner för att köra de större EME-stationerna. Path loss är c:a 260 dB, alltså c:a 10 dB högre på 432 MHz än på 144 MHz. Detta kompenseras oftast genom att antennerna trots mindre dimensioner ger högre gain. Dessutom finns inte samma begränsning av mottagaren i form av kosmiskt brus, man har alltså full nytta av en mycket låg brusfaktor i förförstärkaren (preampen). I motsats till 144 MHz så har man ingen nytta av markreflexioner på 432 MHz. Det är snarare en nackdel att försöka köra vid månens upp- och nedgång eftersom man med en känslig mottagare drabbas av s.k. markbrus, d.v.s. termiskt brus från mark, träd o.s.v. Nivån på markbruset, som alltså är beroende av mottagarens känslighet, ligger på 4-7 dB. Alltså maskeras svaga EME-signaler effektivt av markbruset. Vi bör alltså utgå från att en EME-antenn för 432 MHz ska eleveras för att uppnå gott resultat, d.v.s. månen bör vara en bra bit upp på himlavalvet så att man slipper markbrus.



VE2ZAZ 4 x 13 element DK7ZB (432 MHz)

Det frekvensområde som idag står för den starkaste tillväxten av EME-stationer som kör telegrafi är 1296 MHz. Det är tämligen enkelt att komma igång. Dagens riggar har oftast tillvalsmoduler för 1296 MHz, det finns en uppsjö av gamla paraboler att tillgå och ett matarhorn modell Septum feed* snickrar man enkelt till hemma på köksbordet. Om man inte får tag på en gammal parabol så kan man med fördel bygga en sådan själv, exempelvis som Sven SM5LE gjorde, hemma i vardagsrummet. Svens hemsida finns kvar, trots att han själv för närvarande inte är aktiv på EME. För den som funderar över hur man kommer igång på 1296 MHz EME är hemsidan en verklig inspirationskälla och för den redan inbitne månstudsaren finns massor av teknisk information som baserar sig på Svens experiment. Länken till hemsidan är http://web.comhem.se/sm5le/ Bläddra nedåt i texten och låt dig inspireras.

Vill man köra EME på 1296 MHz med den utrustning man normalt sett använder för tropo så fungerar det, dock med vissa begränsningar. Först och främst har path loss ökat ytterligare 10 dB i förhållande till 432 MHz och ligger nu på c:a 270 dB. Sedan kör i princip alla månstudsare med cirkulär polarisation på 1296 MHz. Det betyder att den som kör med yagis eller en linjär (horisontell) matare i en parabol för tropo kommer att tappa 3 dB mot en EME-antenn på grund av polarisationsskillnaden.

* Septum Feed: http://www.ok1dfc.com/EME/emeweb.htm#Septum



SM5LE 2.2 m parabol (1296 MHz)

En fördel med 1296 MHz är dock att man även här ser nytta med varje tiondels dB lägre brusfaktor i mottagarens preamp eftersom det kosmiska bruset är så lågt. Kvar står dock problemet med markbrus, antennen bör alltså vara eleverad för att signalerna inte maskeras av 4-7 dB markbrus.

Vad säger erfarenheterna – vad kan jag uppnå med mitt system?

En tabell ger naturligtvis bara en vägledning, precis som med vädret så är det dagsförhållanden som avgör. Tabell 1 nedan är dock baserad på en lång tids erfarenhet av månstuds och kan därmed ge en fingervisning om vad man kan förvänta sig. Tabellen bygger också på att det är bra antenner man nyttjar, med god riktverkan och små interna förluster. Utmärkt material för jämförelse av olika antenntyper finns på följande ställen:

144 MHz: http://www.sm2cew.com/gt.htm

432 MHz: http://www.df9cy.de/tech- mat/DF9CY_432MHz_ACCF/DF9CY_432MHz_ACCF.pdf

 

 

Tabell 1


Ett par faktorer är dock mycket viktiga. En preamp bör finnas. Dessutom ska matarkoaxen vara av så god kvalitet som möjligt. Dämpning i koaxen visar sig både på sändning och mottagning och eftersom varje dB är av vikt så ska vi inte ge bort något genom att välja en dålig koax. Som riktvärde, c:a 1 dB i kabelförlust är acceptabelt (bra), 2 dB eller mer betyder att man ger bort en massa effekt som värme i kabeln. Dessutom ökar man brusnivån betydligt om man har preampen i shacket. På 432 och 1296 MHz gäller att ha så låg dämpning som möjligt före preampen som därmed bör sitta så nära antennen som möjligt!

Sändareffekten – ju högre desto bättre! Det finns ett klart tröskelvärde runt 500 W i uteffekt. Lyckas man generera den effekten eller mer så märker man direkt att motstationerna har lättare att uppfatta signalerna. Det skadar alltså inte att ligga så nära effektgränsen 1000 W som möjligt. 200-300 W på 144 MHz är på marginalen men fungerar vid optimala förhållanden.

Har man en motstation med stor antenn, exempelvis W5UN, LA8YB, IK3MAC, KB8RQ, RN6BN så räcker den effekten alldeles utmärkt för att få kontakt. I tabell 1 på sidan 24 förutsätts att motstationen kör full effekt, d.v.s. 800-1000 W eller mer.

För 1296 MHz gäller lite andra förhållanden med avseende på uteffekt. Ett normalvärde med bra utrustning för tropo ligger på c:a 100-200 W. De större EME-stationerna kör dock mycket högre effekt än så och hörs därmed väldigt bra, även på små antenner.

Mottagaren - nyckel till framgång

Den absolut viktigaste parametern i en EME-station är systemtemperaturen och då i synnerhet att första HF-steget, preampen, har en låg brusfaktor (noise figure). Den totala systemtemperaturen sätts av antennens egenskaper plus eventuella förluster före preampen. Ju lägre systemtemperatur desto bättre. Det viktiga är att preampen har så hög förstärkning att den med råge överstiger förlusterna i kabeln till mottagaren. På så sätt bestäms mottagarens totala brusfaktor av preampen.

För att inte avskräcka den som är intresserad att testa EME så kan följande tumregler nyttjas (avser lyssning med antenn som normalt sett används för kontakter via tropo/aurora m.m):



Tabell 2

Det finns alltså all anledning att testa sin förmåga att höra EME-signaler även om man inte anser sig ha en ”kapabel” mottagare. Viktigast är att veta varför begränsningarna uppstår och vad man kan göra för att övervinna dem. Framförallt på 144 MHz så finns det många som regelbundet och framgångsrikt kör EME trots att de har HF-steget i shacket. Då har man istället satsat på en bra koax med låga förluster.

Även om man inte behöver överdriva vikten av en låg brusfaktor, framförallt på 144 MHz där det kosmiska bakgrundsbruset är relativt högt, så visar erfarenheten att låg systemtemperatur över tiden har stor betydelse för hur framgångsrik man är som månstudsare.

Det är som sagt inte bara mottagarens första HF-steg som bestämmer hur bra man hör utan hela kedjan från matningspunkt till preamp har betydelse. En lång koax framför preampen adderar brus i mottagaren, alltså ska man i

alla lägen eftersträva att placera preampen så nära antennen som möjligt. På 432 MHz är det vanligt att man stackar yagiantenner med öppen stege istället för koax, bara för att erhålla så låga förluster som möjligt. Det finns en klar anledning till detta, med dagens moderna transistorer som har låg brusfaktor kan ett par tiondelars förlust i kabeln mellan matningspunkten och preampen betyda att man tappar 1.5-2 dB i S/N1-nivå.

1 Signal to noise – förhållandet mellan önskad signal och brus.

Även antennens egenskaper har stark påverkan på förmågan att höra svara signaler från månen. En antenn med dåligt strålningsdiagram tar upp brus från omgivningen och detta adderar till bruset i mottagaren. I tabellerna som länkas till ovan (VE7BQH respektive DF9CY) presenteras prestanda i sista kolumnen i form av G/T (Ga + 2.15) - (10*log Ta), ett värde som visar på antennens förmåga att urskilja svaga signaler när den pekar på en kall punkt på himlavalvet.



VK3UM EME Performance Calculator. Programmet kan laddas ned från
http://www.sm2cew.com/download.htm

Ett alldeles utmärkt verktyg för utvärdering av sin förmåga att höra svaga signaler är VK3UM EME Performance Calculator.

I programmet, som är mycket omfattande, kan man arbeta med olika parametrar för att se hur de påverkar mottagaren. Man kan också nyttja programmet för att beräkna mätbara brusnivåer från sol, stjärnor och månen och göra en utvärdering genom s.k. Y-faktormätning2. Sist men inte minst kan man göra en kalkyl av EME-budget mellan två stationer för att se vad man kan förvänta sig och hur olika parametrar påverkar S/N-nivåerna, exempelvis den bandbredd man lyssnar med.

Mätning av brus över referensnivå, normalt sett s.k. kall himmel, ex. vis stjärnbilden Lejonet

Hur hittar jag månen - vilka dagar i månaden är aktuella?

Det underlättar naturligtvis att veta när man ska lyssna efter signaler från månen och var månen befinner sig. Här finns en stor mängd program att välja mellan och alla har utan tvekan den noggrannhet man bör förvänta sig. Sedan skiljer det sig mellan programmen vad avser finesser och presentations- format.

Ett väldigt populärt program är VK3UM EME Planner. Efter att man lagt in sina värden så visar programmet månens position både i realtid och i listformat. Man kan även visa eller beräkna månens position på andra platser på jorden, exempelvis för att planera ett sked med en motstation.

Även detta program kan laddas ned från: http://www.sm2cew.com/download.htm


Nedan visas ett par skärmdumpar som ger en fingervisning om hur programmet fungerar.



Månens position i realtid



Månens position i listformat.

Månens position är viktigare än man kan tro vid en första anblick. Först och främst varierar avståndet mellan jorden och månen över en period om c:a 28 dagar. Skillnaden dämpning (path loss) är c:a 2 dB, alltså en klart märkbar skillnad. Sedan befinner sig månen under sina faser på olika platser på himlavalvet där det kosmiska bakgrundsbruset varierar kraftigt. När månen befinner sig i en brusig del av himlavalvet så kommer mottagaren att ta emot 4-6 dB kosmiskt brus på 144 MHz samtidigt som man försöker lyssna till en svag CW-signal. I vissa fall är bruset ännu högre. Det inträffar då månens position är i galaxens centrum med stjärnkonstellationen Sagittarius som skapar ett kraftigt brus. Månen befinner sig i den positionen några dagar per månad i samband med att den står som lägst på himlen i riktning söderut (zenith).

Det finns fler parametrar som spelar in, en av de intressantare är den som påverkar så kallade envägskonditioner vid månstudskommunikation. Vid dessa tillfällen så hör den ena parten sin motstation mycket bra och man hör även sina egna ekon hyfsat (förutsatt att man har utrustning för det). Stationen i andra änden hör absolut inget alls, förutom sina egna ekon som hörs hyfsat. Det som händer är helt enkelt att en geometrisk situation uppstår beroende på var på jorden de två stationerna befinner sig samt värdet på den polarisationsvridning som uppstår då signalerna går två gånger genom jordens jonosfär3. Oftast uppstår den geometriska situation som skapar envägskonditioner när stationerna befinner sig på två olika kontinenter, exempelvis Europa och Nordamerika, och månen har en deklination som
är lägre än +15 grader. Fenomenet beskrivs mycket väl på Ian GM3SEK:s hemsida:

http://www.ifwtech.co.uk/g3sek/eme/pol4.htm

 

Faraday-rotation – polarisationsvridning vid signalernas passage genom jonosfären, varierar över tiden

Vinkelavståndet längs deklinationscirkeln mellan himmelsekvatorn och en himlakropp

Polarisationsproblem vid månstudstrafik undviks mer eller mindre helt och hållet när man nyttjar cirkulär polarisation. Det gör man i huvudsak från 1296 MHz och uppåt i frekvens.

Det lönar sig alltså att planera tiderna för månstudsaktiviteter. Detta sker också, framförallt vad avser helger, då aktiviteten är som störst. Bernd DL7APV är en av flera som skapat en så kallad Lunar Data Calendar 2010 där förutsättningarna listas för hela året. Kalendern kan laddas ned från http://www.mydarc.de/dl7apv/moon2010/moon2010.htm och innehåller förutom månens position och brusförhållanden även uppgifter om aktivitetsperioder, tester m.m.


QSO-procedur

Eftersom signalstyrkan vid månstuds är väldigt låg så har en särskild procedur utarbetats för denna typ av trafik. Den bygger på det s.k. kallade TMO-systemet och är till sin form en rigid procedur som skapar tydlighet, trots svaga signaler. Signalrapporterna utgörs av bokstäverna T, M eller O istället för RST. Observera skillnaderna mellan 144 MHz och 432 MHz och högre frekvenser (avser rapporten ”M” som på 432
& upp innebär att man tagit emot kompletta anropssignaler).

T = detekterar signaler, mycket svaga (används mycket sällan)

M = delar av anropssignalerna mottagna, dock ej kompletta (på 144 MHz)

M = kompletta anropssignaler mottagna (på 432 MHz och uppåt)

O = kompletta anropssignaler mottagna, (på 144 MHz. På 432 MHz är betydelsen goda signaler, läsbara utan problem)

Proceduren har fastställts sedan lång tid och den finns beskriven i detalj i olika publikationer, bland annat på länken http://www.nitehawk.com/rasmit/g3sek_op_proc.pdf

För att ett QSO ska vara komplett ska bägge stationer ha mottagit kompletta anropssignaler, rapport M eller O (notera skillnaden enligt ovan beroende på frekvensband) samt minst ett ”R” som kvittens på att allt mottagits av motstationen.

Självklart kan RST användas om signalerna är nog starka. Detta sker idag regelmässigt på exempelvis 1296 MHz där signalerna normalt sett är tämligen starka mellan de stationer som kan höra sina egna ekon.


Publikationer – var hittar jag mer information?

Webben är naturligtvis full av information om månstuds och månstudsaktiviteter. Två månatliga nyhetsbrev med stor spridning publiceras av Al Katz K2UYH respektive Bernd Mischlewski DF2ZC. Nyhetsbreven är fullspäckade med aktivitetsrapporter, kalenderinformation, dessutom innehåller de ofta tekniska artiklar av olika slag. Se länkar nedan.

http://www.nitehawk.com/rasmit/em70cm.html (K2UYH)

http://www.df2zc.de/newsletter/ (DF2ZC)

Utmaningen – månstuds av egen kraft!

Att höra sina egna ekon via månen ger en tillfredsställelse som överträffar det mesta inom amatörradion.

Vägen dit är egentligen inte så lång, däremot finns det inga genvägar. Idag kan mycket av det som behövs, anskaffas till relativt rimliga kostnader.

 

LA8YB fixar med sin månstudsantenn http://www.mydarc.de/la0by/LA8YB_EME_MBA.htm

Bygger man själv så kapar man naturligtvis kostnaderna samtidigt som tillfredsställelsen mer än fördubblas. Det som beskrivits i artikeln kan sägas utgöra basen för månstuds- kommunikation.

Naturligtvis rymmer sig mycket mer i den tekniska problematik som presenteras, samtidigt som en god operatör med stort mått av tålamod kan ”kapa lite i hörnen” på grund av sin förmåga. Häri består utmaningen.

Vill jag köra några månstuds-QSO där motstationens utrustning gör största delen av jobbet – eller vill jag klara mig själv hela vägen dit och tillbaka? Bägge koncept innebär fantastiska utmaningar och skapar som sagt en tillfredsställelse utöver det normala.


LA0BY - månstuds från balkongen.

-Ta första steget - men var samtidigt beredd på att bli riktigt drabbad av det fantastiska månstudsviruset!

Peter SM2CEW www.sm2cew.com

@

Ur Resonans nr 4/2010

Joomla templates by a4joomla

Vi använder cookies för att förbättra våra webbsidor och din upplevelse när du använder dem. Cookies som används för den nödvändigt funktionaliteten för dessa webbsidor har redan blivit satta. To find out more about the cookies we use and how to delete them, see our privacy policy.

  I accept cookies from this site.
EU Cookie Directive Module Information