Записки программиста

Ранее мы установили, что некоторые спутники могут быть использованы для проведения любительских радиосвязей. Однако спутники низкой околоземной орбиты неудобны тем, что постоянно движутся. Радиолюбителям также доступен спутник QO-100 (он же Es’hail 2), который находится на геостационарной орбите. Попробуем послушать его на SDR-приемник.

QO-100 имеет линейный транспондер с uplink на частотах 2400.0-2409.5 МГц и downlink на 10489.5-10499.0 МГц. То есть, частоты с uplink линейно переносятся на downlink, и радиолюбители не толпятся в одном канале. Нижние 500 КГц выделены под узкополосные виды связи, такие как телеграф, FT8 и SSB. Верхние 8 МГц выделены под цифровое любительское телевидение (DATV). В рамках этого поста мы сосредоточимся исключительно на приеме нижних 500 КГц.

Спутник находится над Африкой, примерно в 35 700 км от поверхности Земли:

Обратите внимание на зону покрытия. Можно на постоянной основе держать связь между Индией и Бразилией.

Расстояния у нас здесь серьезные, а значит нужна серьезная приемная антенна. На 10 ГГц такой антенной является параболическая антенна. В данном блоге я традиционно воздержусь от пересказа теории по части антенн, так как в этом вопросе я не эксперт. За теорией рекомендую обратиться к книге Антенны КВ и УКВ Игоря Гончаренко. Ищите раздел «13.7. Рефлекторные антенны».

Параболические антенны бывают прямофокусные и офсетные. У них есть свои сильные и слабые стороны. Я выбрал офсетную. Ее можно установить на стене дома, и при этом антенна не будет копить осадки (в отличие от прямофокусной). Для облегчения конструкции делают перфорированные и сетчатые антенны. С этим неизбежно сопряжены дополнительные потери. Поэтому на первых порах было решено воздержаться от использования облегченных антенн. Чем больше размеры антенны, тем лучше.

Использованная мной антенна имеет размеры 90x100 см:

Я закрепил ее на штативе, который у меня уже был. Антенна выполнена из стали толщиной 0.8 мм. Она весит около 7 кг, поэтому штатив нужен не какой попало. Усиление антенны на интересующей нас частоте можно прикинуть по формуле:

Если вы узнали в показанной антенне «спутниковую тарелку», то не ошиблись. Такие антенны используются для приема спутникового телевидения, и потому не являются дефицитом. Перед приобретением антенны рекомендую изучить интернет-барахолки, а также поспрашивать друзей и соседей. Многие будут рады отдать вам такую тарелку либо за символическую цену, либо бесплатно.

В фокусе параболической антенны размещается облучатель — по сути еще одна антенна. Так как мы имеем дело с высокими частотами, то и облучатель нужен особый. В английском языке он называется low-noise block downconverter, или сокращенно LNB. В русском языке LNB называют спутниковым конвертером.

LNB принимает сигнал на интересующих нас частотах и переносит их вниз по частоте. Низкие частоты можно передавать по коаксиальному кабелю с меньшими потерями. Также на низкие частоты проще делать приемники.

Я воспользовался конвертером под названием Bullseye LNB:

Большая проблема в LNB — это температурный дрейф гетеродина (LO). Bullseye позиционируется, как LNB специально предназначенный для приема QO-100, с высокой температурной стабильностью LO. Инструментального сравнения данного LNB с альтернативами я не проводил. Для меня основное преимущество Bullseye — это то, что с ним точно не будет сюрпризов. Если у вас на руках уже есть какой-то другой LNB (например, он достался в комплекте с б/у спутниковой тарелкой), то имеет смысл первым делом опробовать его.

Bullseye имеет два разъема Type-F. На красный разъем с устройства выходит сигнал опорного генератора 25 МГц. Нам он не понадобится. На зеленый разъем идет принимаемый сигнал. Также через него LNB получает питание. Значит, понадобится токовый инжектор (bias tee).

Я воспользовался таким:

LNB нужно напряжение 13 В. Если увеличить напряжение до 18 В, то LNB переключит поляризацию с вертикальной на горизонтальную. Горизонтальная поляризация в рамках этого поста нам не понадобится. По умолчанию частота гетеродина составляет 9.75 ГГц. Если помимо постоянки также инжектировать тон 22 КГц с размахом 0.6 В, то гетеродин переключится на 10.6 ГГц. Данной возможностью мы пользоваться не будем.

Давайте посчитаем:

LNB перенесет интересующий нас сигнал примерно на 740 МГц. Для приема подойдет практически любой SDR-приемник. Я решил воспользоваться HackRF. Коаксиальный кабель сгодится RG-58. Измеренные потери в 10-и метрах RG-58 на 740 МГц составили 5 dB, что довольно много. Однако LNB имеет встроенный усилитель (заявлено 50-66 dB) в том числе и для того, чтобы сигнал можно было передавать по тонкому и недорогому кабелю.

Параболическую антенну выносим на улицу или ставим у окна. Окно придется открыть. С закрытым окном вы ничего не примите, я проверял. Запускаем Gqrx. В интерфейсе справа находим поле ввода «LNB LO». Вводим в нем 9750 МГц. Настраиваемся на 10489.5 МГц. Вращаем антенну в горизонтальной плоскости и на водопаде ищем сигнал маяка. Регулируем наклон антенны по максимуму сигнала. Последним шагом можно подвигать и повращать LNB.

Вот что должно получиться:

Учитывайте, что маяк может запросто оказаться и в ±50 КГц от номинальной частоты. У меня изначально он был на 35 КГц выше. Позже я скомпенсировал это в Gqrx.

Настройка довольно тонкая. Даже если, казалось бы, совсем чуть-чуть повернуть антенну, уровень сигнала от маяка вмиг падает на 3 dB. По завершении настройки можно послушать, что происходит на 10489.5-10490.0 МГц. Качественно, картина здесь та же, что и на коротких волнах. Только без замираний, и прохождение есть круглые сутки.

Вот, например, какая-то DX радиостанция собрала «пайлап» в SSB:

Принимаемые 2.5 КГц слева соответствуют DX радиостанции. Все сигналы правее — это пайлап. Посмотреть, как все это выглядит в динамике, можно на WebSDR.

Практика показала, что температурная стабильность у Bullseye не идеальная, но приемлемая для QO-100. После десятиминутного прогрева сигнал маяка уплывает на 200-300 Гц в течение пяти минут. Для SSB и телеграфа пойдет.

За кадром остались прием DATV, а также работа на передачу. Надеюсь, что со временем я разберусь и в этих вопросах.

Метки: SDR, Антенны, Беспроводная связь, Любительское радио.