Записки программиста

Ранее мы вышли на УКВ и познакомились с EchoLink. Теперь же освоим проведение радиосвязей при помощи спутников. Данный способ позволяет проводить QSO на расстояния в несколько тысяч километров. Притом, совершенно «честно», то есть, без использования интернета, как в случае с EchoLink.

Принцип тот же, что при работе через репитеры. Только репитер установлен на вращающемся вокруг Земли спутнике. Для связи с ним используется направленная антенна. Во время прохождения спутника оператор направляет антенну в сторону спутника и говорит в рацию. Направление антенны часто осуществляется вручную, хотя некоторые операторы используют автоматические поворотные устройства (например, Yeasu G-5500), или несколько переключаемых антенн. Спутниковые репитеры работают в кроссбэнде (crossband), то есть, принимают сигнал (uplink, UL) в диапазоне 70 см, а передают (downlink, DL) в диапазоне 2 м, либо наоборот. По российскому регламенту кроссбэнд в общем случае запрещен, но для спутников и космических станций сделано исключение.

Поскольку спутники движутся с достаточно большими скоростями, необходимо учитывать эффект Допплера. Понять данный эффект не сложно. Представьте, что вы стоите на железнодорожной остановке и мимо вас проезжает гудящий поезд. Гудок поезда будет звучать в стиле «и-и-и-и-у-у-у-у». То есть, когда поезд приближается к вам, вы слышите высокочастотный звук, а когда поезд удаляется от вас — звук низкочастотный. Эффект возникает по той причине, что скорость поезда (порядка 100 км/ч) сравнима со скоростью распространения звука в воздухе (343 м/c или 1234.8 км/ч). Приближаясь к вам, поезд нагоняет звуковую волну, тем самым как бы сжимая ее и увеличивая тем самым частоту. Удаляясь от вас, поезд убегает от звуковой волны, растягивая ее и уменьшая частоту.

То же самое происходит и с электромагнитными волнами при движении спутников. Когда спутник приближается к вам, вы будете принимать сигнал чуть выше его настоящей частоты, а когда спутник удаляется — чуть ниже. Когда же вы передаете сигнал спутнику, все работает с точностью до наоборот. С перспективы спутника он стоит на месте, а вы движетесь относительно него с огромной скоростью. Чтобы сигнал приходил на частоте uplink, при приближении спутника нужно передавать ниже по частоте, а когда спутник удаляется — выше.

Стоит также учитывать, что изменение частоты (Doppler shift) зависит от самой частоты. В диапазоне 2 м оно составляет около ±3 кГц, а в диапазоне 70 см примерно ±10 кГц. К счастью для нас, многие рации нормально принимают FM-сигнал со сдвигом 3 кГц или меньше. Поэтому компенсировать эффект Допплера в диапазоне 2 м не обязательно. Хотя, если это делать, то хуже не будет.

Ну и чтобы жизнь совсем малиной не казалась, спутники передают и принимают сигнал в не очень понятно какой поляризации. Это происходит как из-за вращения спутников в пространстве, так и из-за эффекта Фарадея. Эффект состоит в том, что при прохождении линейно поляризованной электромагнитной волны через магнитное поле (в нашем случае — переменное магнитное поле Земли) происходит вращение поляризации волны. В целом, можно ориентироваться на то, что поляризация будет похожа на вертикальную. Но на практике при каждом конкретном проходе нужно подбирать оптимальное положение антенны, при котором достигается наибольший уровень сигнала. Притом, подбирать приходится отдельно на прием и на передачу. Для решения этой проблемы некоторые радиолюбители используют антенны кросс-яги, имеющие круговую поляризацию.

Из радиолюбительских спутников FM-репитеры на интересующие нас диапазоны имеют следующие:

• SO-50 — UL 145.850 MHz, DL 436.795 MHz. Запущен 20 декабря 2002 и исправно работает по сей день. Пожалуй, является наиболее популярным спутником среди радиолюбителей;
• AO-85 (Fox-1A) — UL 435.172 MHz, DL 145.980 MHz. К сожалению, в настоящее время этот спутник немного хворает. Я делал к нему несколько подходов, и сигнал каждый раз был очень слабый. Корреспондентов либо вовсе не было, либо было еле-еле слышно. Мне пока не удалось провести через него ни одной радиосвязи, но некоторым радиолюбителям это все же удается. (UPD: AO-85 прекратил работу);
• AO-91 (Fox-1B) — UL 435.250 MHz, DL 145.960 MHz. Сравнительно новый спутник, запущен 18 ноября 2017. Исправно работает. Мне показалось, что людей на нем поменьше, чем на SO-50. Что не обязательно является недостатком;
• AO-92 (Fox-1D) — UL 435.350 MHz, DL 145.880 MHz. Еще более новый спутник, дата запуска 12 января 2018. AO-92 имеет второй uplink в радиолюбительском диапазоне 23 см, 1267.350 MHz. Переключение uplink на эту частоту производится вручную в воскресенье утром (по UTC), а переключение обратно происходит примерно через сутки. Узнать, какой uplink включен в данный момент, можно на этой странице. Если значенние LBand Uplink Enabled равно TRUE, зачит аплинк сейчас на 23 см, иначе — на 70 см. Стоит отметить, что большинство современных раций не работают в диапазоне 23 см. В качестве примечательного исключения можно привести в пример Alinco DJ-G7. (UPD: AO-92 начал работать с перебоями);

Репитеры на всех перечисленных спутниках открываются CTCSS тоном 67 Гц. В данном контексте следует упомянуть, что любительская радиосвязь с бортом МКС осуществляется аналогичным образом с UL 437.800 MHz и DL 145.800 MHz. Также на частоте 145.800 MHz МКС ведет передачу изображений в SSTV. Однако подобные радиосвязи производится нерегулярно и обычно приурочены к особым событиям.

Дополнение: 1 сентября 2020 на МКС был установлен транспондер с uplink 145.990 MHz и downlink 437.800 MHz.

Как уже отмечалось, для связи со спутниками требуется направленная антенна. Ее можно изготовить самостоятельно, но на первых порах я решил приобрести готовую. Подходящие антены предлагают многие производители и стоят они не очень дорого. Свою антенну я приобрел через доску объявлений qrz.ru за 42$:

Это антенна Уда-Яги с тремя элементами на диапазон 2 м (усиление 9.5 dBi в свободном пространстве) и пятью элементами на диапазон 70 см (усиление 11.15 dBi). Длина антенны составляет 114 см, ширина — 100 см, вес — 870 грамм. У данной модели нет какого-то определенного названия. Насколько я смог выяснить, производят антенны где-то в Тайвани. Затем предприимчивые люди закупают их небольшими партиями и перепродают у нас. Антенна собирается в соответствии с цветной маркировкой, а затем настраивается двумя шлейфами по минимуму КСВ:

Определить время прохода спутников, а также где их искать на небе, можно при помощи программы GPredict, уже знакомой нам по заметке Принимаем изображения от метеоспутников с RTL-SDR:

На приведенной картинке изображена типичная зона покрытия на примере спутника Fox-1D. При этом следует помнить, что спутник находится в движении. Теоретически возможны радиосвязи на расстояния до 4500-5000 км. Практика, как водится, более прозаична. Мой личный рекорд на момент написания этих строк составляет 2200 км, QSO через спутник Fox-1B с радиолюбителем из Италии. Неплохо для 5 Вт!

При работе через спутники стоит учитывать следующее:

• Будьте готовы назвать свой QTH locator, так как на спутниках принято им обмениваться. Под Android для этого есть удобное приложение Easy QTH Locator;
• В одной руке у вас рация, во второй — антенна. Получается, чтобы записывать позывные, нужна третья рука. Я решаю эту проблему с помощью Android-приложения MP3 Recorder, которое превращает мобильный телефон в диктофон. Телефон я кладу в нагрудный карман, где он записывает все проведенные QSO. Затем я прослушиваю запись и заношу радиосвязи в лог;
• Используемая мной рация Kenwood TH-D72A умеет работать в режиме full duplex. В теории это позволяет убедиться, что отправляемый на uplink сигнал действительно идет кому-то по downlink (эффект Допплера правильно скомпенсирован и т.п.). На практике все оказалось не так просто. Дело в том, что звук с динамика рации попадает на микрофон, и вместо звука в эфир идет только писк и скрежет. Эту проблему можно решить, подключив к рации наушники или гарнитуру. Но тогда мобильный телефон в нагрудном кармане становится бесполезен. Получается, нужно докупить настоящий диктофон и подключить его между рацией и наушниками. Мне показалось, что овчинка выделки не стоит. Потому я просто компенсировал частоту в диапазоне 70 см на -10, -5, 0, +5 или +10 кГц в зависимости от текущей элевации спутника. Это неплохо работает. Таким образом, для проведения радиосвязей через спутники в принципе подойдет любая нормальная рация;
• При работе через спутники имеет смысл отключить шумодав (squelch) на downlink. В моей рации это можно сделать в меню, которое появляется при нажатии зеленой кнопки F, а затем боковой кнопки MONI/SQL;
• Чтобы не ошибиться с частотой, тоном и шагом частоты (минимум которой в моей рации составляет 5 кГц) сохраните настройки в память рации и присвойте им подходящие имена. Перед выходом на спутник найдите в памяти соответствующие ему UL и DL. Затем переведите устройство в режим VFO (в моей рации это делается нажатием F → M►V), чтобы было возможно компенсировать эффект Допплера;

Если вам интересно посмотреть, как проводятся QSO через спутники, соответствующие видео в большом количестве доступны на YouTube. Самым зрелищным видео является My best satellite demo ever — 18 QSOs, снятое John Brier, KG4AKV.

Дополнение: Вас также могут заинтересовать статьи Как измерить диаграмму направленности антенны и Прием спутников Inmarsat при помощи RTL-SDR.

Метки: Антенны, Беспроводная связь, Любительское радио.