In questo secondo articolo riguardante il satellite QO-100, approfondiremo la conoscenza dell’hardware e i preparativi necessari per attivare una stazione che possa operare con questo satellite. Nel primo articolo da noi pubblicato, disponibile cliccando questo link, ci siamo soffermati sulle frequenze e sulla parte “teorica” che riguarda questo satellite; ora è giunto il momento di entrare nel cuore della pratica e della sperimentazione, che caratterizza quest’attività radioamatoriale.
Buona lettura!
L’articolo è stato suddiviso in macro-categorie, al fine di separare i materiali necessari per la sola ricezione.
Come delineato nell’articolo precedente, il satellite lavora nelle bande di frequenza dei 2.4 GHz (Uplink – Frequenza di trasmissione) e dei 10.4 GHz (Downlink – Frequenza di ricezione), per questo sarà necessario avere un sistema adeguato per effettuare la ricezione del segnale ed ovviamente per andare in trasmissione qualora volessimo condurre un QSO nelle modalità esplicate in precedenza.
Occorrerà quindi scegliere i materiali più adatti, partendo dall’antenna fino ad arrivare alle radio. In base alle vostre esigenze potrete utilizzare anche materiali già presenti nella vostra stazione! Nel caso di questo articolo, oltre a descrivervi una tipologia di montaggio per una stazione QO-100, andremo a descrivervi la sperimentazione da noi effettuata e quindi il nostro layout.
LA PARABOLA
Per questo tipo di attività (che coinvolge frequenze radioamatoriali superiori a 1 GHz) l’utilizzo di una parabola è fortemente consigliato, al fine di ottenere un’antenna con un ottimo guadagno. QO-100 necessita quindi di un riflettore parabolico per ricezione e trasmissione verso il satellite (in alcuni casi, vengono utilizzate due parabole, per separare le bande).
Al fine di scegliere la parabola più idonea, occorre comprendere che risultati si vogliono ottenere dalle sperimentazioni con QO-100. Sulla base dell’attività che verrà svolta, bisognerà scegliere quindi il diametro della parabola.
Il disco potrà essere sia di tipologia “primo fuoco”, oppure “offset” (come le tradizionali versioni TV-SAT).
Le dimensioni minime del diametro sono le seguenti:
– Ø 40 cm (solo per RX fonia e altri modi d’emissione);
– Ø 60 cm (sia per RX che per TX in ogni modo d’emissione);
– Ø 1 m (ottimo diametro per qualsiasi attività);
– Ø 1,2 – 1,6 – 1,8 m e superiori (per ogni utilizzo, con ottimi risultati nella trasmissione in DATV).
Chiaramente, maggiore sarà il diametro del disco, maggiore sarà il rendimento, il guadagno, la direttività e la qualità delle vostre attività via radio.
RICEVERE QO-100
Per la ricezione di QO-100 occorrono poche attrezzature di facile reperibilità, che sono ottime per la ricezione a 10.4 GHz del Downlink.
Per la ricezione occorreranno i seguenti materiali:
– Un Parabola con diametro minimo di 40 cm;
– Un LNB televisivo di nuova generazione, con PLL integrato;
– Un modulo GPSDO oppure un generatore di segnali campione stabili;
– Un Downconverter, da scegliere in base alla IF del ricevitore;
– Un Bias TEE per l’alimentazione dell’LNB;
– Un apparato ricevitore ALL-MODE.
Andiamo quindi ora a descrivere con maggiori dettagli le componenti necessarie per la ricezione dei segnali e lo scopo di queste attrezzature che vi elencheremo.
1. SCEGLIERE UN BUON LNB
Utilizzare un buon LNB è il primo passo necessario per condurre un’ottima ricezione del Downlink di questo satellite.
Per ricevere il satellite, vi consigliamo di procuravi un LNB di nuova generazione con PLL integrato (si tratta di un prodotto televisivo facilmente reperibile, ad un costo irrisorio).
Acquistate ed utilizzate solo i modelli di LNB con PLL integrato, in quanto servono a garantire al nostro ricevitore una ricezione stabile dei vari segnali. Con LNB SPROVVISTI DI PLL, si vedranno i vari segnali “slittare di frequenza” anche con delle minime variazioni termiche, che faranno variare l’oscillatore locale interno del LNB, creando di conseguenza problemi sulla frequenza IF di conversione.
2. USARE UN GPSDO
Al fine di stabilizzare ulteriormente la ricezione ed evitare gli sbandamenti denominati “drift“, precedentemente elencati (situazione frequente in Narrow Band), sarà necessario ricorrere all’utilizzo di un modulo GPSDO, che andrà a stabilizzare la ricezione del vostro LNB. L’utilizzo del GPSDO richiede la modifica hardware del LNB che tratteremo nel punto seguente.
Il GPSDO dispone di una sua antenna patch, che rileverà dei segnali GPS molto forti e precisi, provenienti dai satelliti GPS presenti in banda L (frequenza intorno ai 1.5 GHz). Il modulo dovrà essere alimentato ed andrà ad “iniettare” nel LNB (opportunamente modificato) il segnale stabile.
Tra i vari modelli disponibili sul mercato, vi consigliamo i moduli GPSDO costruiti dalla Leo Bodnar Electronics, che potete trovare cliccando questo link. La versione di Leo Bodnar, funziona tramite i 5V tipici delle porte USB e può essere interfacciato tramite un suo software.
NOTA BENE: Oltre al sistema del GPSDO esistono varie modalità per fornire un segnale stabile al LNB. Per una questione di praticità e precisione si ricorre molto spesso al GPSDO.
2B. COME MODIFICARE L’LNB
Al fine di rendere stabile la ricezione dei piccoli segnali (per evitare la deriva di frequenza sopra spiegata), occorrerà andare a modificare l’LNB, adattando il suo circuito ed effettuando alcuni importanti passaggi tra cui la rimozione del quarzo interno a 25 MHz, la creazione di una linea di collegamento per il GPSDO, sfruttando la seconda uscita realizzata con il connettore F.
Per rendere l’argomento più chiaro, abbiamo predisposto appositamente una guida, che elenca in modo dettagliato le modifiche necessarie. L’articolo sulla modifica dell’LNB è disponibile sul nostro sito cliccando questo link. Tramite la seguente immagine, potete vedere la circuiteria interna del LNB.
Le sperimentazioni e le modifiche effettuate su questo LNB, sono state condotte assieme a Sandro IW3REM.
2C. STABILIZZAZIONE DEL SEGNALE CON SDR CONSOLE
Per creare un setup efficiente in RX, è possibile stabilizzare la ricezione del LNB via software. Sarà possibile configurare il nostro sistema in ricezione, tramite il software SDR Console. Con l’ausilio di questo software dedicato per i ricevitori SDR, sarà dunque possibile ricevere l’intera banda di frequenza di QO-100, ed allo stesso tempo andare a campionare il segnale del beacon centrale del satellite. Tramite la ricezione e il campionamento della frequenza del “middle beacon”, riusciremo a garantire in questo modo una ricezione stabile anche agli altri segnali.
Per approfondire questo argomento, potete leggere l’articolo di ZS6YI, disponibile cliccando questo link del sito di SDR Console, e anche l’articolo di IZ0ABD relativo alla sintonizzazione e alla stabilizzazione dei segnali ricevuti.
3. SCEGLIERE UN DOWN CONVERTER (eventuale)
Ricorrere all’utilizzo di un downconverter è facoltativo in alcuni casi, ma necessario qualora disponiate di un ricevitore che NON RAGGIUNGE LA IF del LNB, ovvero non si sintonizza a 739 MHz. Un dispositivo come il downconverter, risulta quindi utile per coloro che possiedono degli apparati ricevitori a frequenze più basse (come ad esempio i 50 MHz, 144 MHz, 430 MHz) e desiderano ricevere il Downlink di QO-100 con questi ricevitori.
Qualora invece siate possessori e vogliate utilizzare un ricevitore che sintonizza i 739 MHz (oppure sfruttare una chiavetta SDR) non sarà più necessario l’acquisto di un downconverter. Esistono moltissimi downconverter in commercio, che possono essere utilizzati per ricevere questi segnali tramite i nostri apparati radioamatoriali a frequenza più bassa.
4. SCEGLIERE IL BIAS TEE
Per alimentare in ricezione il nostro LNB, dovremo procurare (oppure auto costruirci) un Bias Tee che avrà lo scopo di fornire una tensione DC verso il circuito interno del LNB, andando a bloccare invece il passaggio delle componenti in tensione continua verso la radio.
La tensione del Bias Tee arriva al LNB tramite il cavo coassiale TV-SAT. Questo modulo viene collegato con un cavo intestato F (con impedenza di 75Ω) verso l’LNB.
NOTA BENE: In alcuni casi il Bias Tee non avrà nel suo circuito un’impedenza totale di 75Ω, bensì potrebbe avere un adattamento d’impedenza a 50Ω verso la radio. In quei casi, (qualora lo desideriate), potrete utilizzare un cavo 50Ω verso il ricevitore. La differenza sarà impercettibile – si tratta di sottigliezze in ricezione. Il 90% dei Bias Tee ha un’impedenza di 75Ω.
In base a quale delle due bande del satellite desideriamo ricevere, dovremo di conseguenza alimentare il nostro LNB con una differente tensione da applicare ai PIN “Voltage Input – VIN” presenti nel circuito del Bias Tee.
Qui di seguito vi elenchiamo le tensioni da fornire per le due bande:
Utilizzo in NB – Applicare tensioni tra 11 e 14 VDC, ottenendo la polarizzazione verticale;
Utilizzo in WB – Applicare tensioni tra 16 e 20 VDC ottenendo la polarizzazione orizzontale.
5. SCEGLIERE UN RICEVITORE ADATTO
La scelta del ricevitore da impiegare, può variare molto in base a ciò che già possediamo nella nostra sala radio:
– Qualora abbiate a disposizione un ricevitore per i 50 MHz, per i 144 MHz o per i 430 MHz, potrete utilizzarlo in abbinata ad un corretto downconverter, che converta la frequenza IF del LNB da 739 MHz a quella nominale del vostro apparato;
– Qualora invece siate gia possessori di un ricevitore che gestisca in maniera ottimale la frequenza dei 739 MHz (senza necessità di convertitori) l’uso è caldamente consigliato e semplificherà i cablaggi. Ricevitori come il dongle RTL-SDR, un SDR Play oppure i ricevitori Nooelec, sono delle ottime scelte per effettuare queste ricezioni.
Il ricevitore in ogni caso dovrà essere ALL MODE ed è consigliata la tipologia SDR per avere un’ottima visione panoramica dei segnali ricevuti. I sistemi SDR essendo collegati ad un computer, permettono di interfacciarsi ancor più facilmente ai modi digitali e ai software per i QSO.
La scelta di un dongle o di un ricevitore SDR (di fascia intermedia) è ottima, in quanto:
– i costi sono abbastanza contenuti;
– non occorre utilizzare o acquistare un downconverter;
– si hanno moltissime funzioni utili già presenti e una facile configurazione tramite il PC.
Nel nostro caso è stato utilizzato per lo scopo, un ricevitore SDR italiano: L’ELAD FDM DUO-R a 50 MHz, con utilizzo di un downconverter dedicato. L’apparato è visualizzabile nella seguente immagine.
6. SCEGLIERE UN BUON CAVO COASSIALE
Per ottimizzare il nostro sistema in ricezione, occorrerà quindi collegare tutte le nostre apparecchiature con del cavo coassiale adeguato (e dei buoni connettori), seguendo le indicazioni di impedenza e frequenza.
Teniamo conto che si lavora a 739 MHz in ricezione. Sulla base di questo parametro, vi consigliamo di utilizzare i seguenti cavi:
– Da LNB al Bias TEE Cavo TV SAT 75Ω (modello con guaina nera per esterni);
– Dal Bias Tee all’apparato RX Cavo 50Ω a bassa perdita (oppure lo stesso TV-SAT, avendo una variazione impercettibile dell’impedenza in ricezione).
NOTA BENE: Prima dell’acquisto di matasse di cavo, ricordatevi di considerare la frequenza utilizzata ed i metri di discesa dall’antenna fino alla vostra sala radio. Sarà vitale quindi visionare le specifiche del cavo, controllando sempre le attenuazioni a parità di distanza, per non trovarsi davanti a ricezioni non soddisfacenti.
COME DIREZIONARE LA PARABOLA
Una volta giunti a questo punto della costruzione, per verificare il corretto funzionamento in RX ed una ricezione ottimale del satellite QO-100, occorrerà trovare un collocamento idoneo e definitivo per la vostra parabola e procedere al corretto puntamento. Per ricevere correttamente il satellite occorrerà, prima del fissaggio definitivo, un puntamento preciso del disco (che sia il più accurato possibile), sia per la posizione azimutale che per quella zenitale.
Bisognerà quindi aggiustare varie volte il proprio supporto meccanico della parabola, andando a verificare i risultati ottenuti in RX sulla banda del Downlink. Per un puntamento più facile, vi consigliamo di utilizzare uno degli innumerevoli software/applicazioni per il puntamento delle parabole televisive. Una volta trovata la posizione di Es’hail 2 QO-100 rispetto alla vostra stazione, iniziate a gestire il puntamento.
MISURARE I SEGNALI DEL SATELLITE
Al fine di effettuare (come precedentemente accennato) il miglior puntamento possibile verso il satellite, vi verrà in aiuto sicuramente il ricevitore. In questa fase sarà molto importante quantificare l’intensità del segnale trasmesso dal satellite. Per effettuare questa tipologia di test, potrete sintonizzarvi ricevendo il segnale dall’interno della vostra stazione.
Cercate di ottenere il segnale di maggior intensità possibile, prendendo come riferimento in ricezione il “middle beacon” del satellite. In questa fase, se avrete puntato correttamente la parabola ed effettuato tutte le modifiche e i cablaggi in maniera ottimale, dovreste essere in grado di visualizzare (come nell’immagine seguente) i segnali del satellite sulla vostra frequenza di conversione.
La Narrow Band del satellite (come precedentemente accennato) è ripartita da 10.489,550 MHz a 10.499,800 MHz. Utilizzando un LNB, andremo quindi a ricevere (tramite la conversione dall’oscillatore locale a -9.750 MHz) il segnale del satellite nell’intervallo di frequenze comprese tra 739,550 e 739,800 MHz; queste frequenze corrisponderanno alla frequenza intermedia prodotta dal LNB, che potrete ricevere direttamente con il vostro ricevitore SDR.
Qualora abbiate allestito il setup con un Downconverter, riceverete la banda convertita sulla IF del Downconverter, che convertirà a sua volta la IF del LNB a 739 MHz alla frequenza finale da voi scelta acquistando il dispositivo a voi più adatto.
Nell’immagine visualizzabile qui sopra, notate come dal ricevitore SDR sia visualizzabile il traffico sulla Narrow Band di QO-100. Tra i vari segnali, potete trovare ben visibili i tre beacon (quello a sinistra, quello centrale e quello a destra).
Regolate la larghezza del vostro ricevitore, fino a quando riuscirete ad individuare i seguenti segnali che confinano la Narrow Band:
– Beacon Lower in CW (visibile a sinistra);
– Beacon Upper in CW (visibile a destra);
– Middle Beacon in PSK (visibile in posizione centrale).
Una volta localizzati i segnali, come ultime procedure, procedete con la misurazione del beacon intermediario in PSK per mezzo del vostro ricevitore/strumento di misura, verificando di avere un buon segnale ricevibile sia a livello di intensità (espressa in dBm), sia considerando il paramento S/N riguardante il rapporto segnale rumore (espresso in dB).
NOTA BENE:
– In queste fasi, occorrerà effettuare degli aggiustamenti al puntamento del disco ed anche delle eventuali correzioni alla posizione del LNB, collocato sul supporto del disco. Indietreggiare, avanzare, inclinare e ruotare (per quanto possibile) il vostro LNB, vi potrebbe garantire dei risultati migliori, andando a centrare il punto focale del vostro disco.
– Per verificare l’efficienza della vostra parabola (e di conseguenza del vostro intero sistema) si potrebbero condurre ulteriori prove con i dati ottenuti. Nel caso delle attività con QO-100 vi consigliamo di effettuare una raccolta dati, salvando e confrontando i segnali ottenuti in base alla posizione della parabola; una volta ottenuto il maggiore segnale sul “middle beacon”, adottando gli aggiustamenti descritti, avrete raggiunto un ottimo risultato e sarete pronti per la ricezione.
– Serrate con cura tutte le viti e i bulloni dei supporti, prestando attenzione che durante il serraggio non si verifichi il cambio di posizione della parabola e del LNB.
CONCLUSIONI
Arrivati a questo punto della sperimentazione, avete a vostra totale disposizione un sistema ottimale per la ricezione di QO-100. Qualora desideraste allestire le restanti componenti per effettuare un QSO, vi invitiamo a visionare il nostro prossimo articolo sulla stazione completa.
Nella prossima pubblicazione, abbiamo selezionato per voi il materiale necessario (anche sulla base della nostra sperimentazione) dedicato per le attività da effettuare a 2.4 GHz sul Uplink del satellite.
Per coloro che si volessero dedicare alle attività di radioascolto, la configurazione del sistema è ora completa e divulgata. Vi auguriamo delle buone sperimentazioni!
Per qualsiasi genere di curiosità, o quesito, vi invitiamo a contattarci utilizzando la sezione “commenti” disponibile alla fine di questo articolo.
Un saluto da parte del Team di IV3 RadioLab
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