TecDay der satw Faszination Weltall: Kommunikation mit Satelliten - Union Schweizerischer Kurzwellenamateure USKA
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TecDay der satw Faszination Weltall: Kommunikation mit Satelliten Union Schweizerischer Kurzwellenamateure USKA AMSAT-DL
Mitwirkende Willi Vollenweider, Zug HB9AMC Dipl. El. Ing. ETHZ Markus Meier, Aarau HB9GXM Dipl. Phys. ETHZ
Bitte denken Sie sich Fragen an unsere
Gesprächspartner
Gary Immelman in Südafrika
Ibrahim auf den Malediven
aus
(in den Chat zu schreiben!)
Was sind Funkamateure? Wie wird man Funkamateur? Funkamateure befassen sich seit etwa 100 Jahren in der Freizeit mit verschiedensten Aspekten der Radiotechnik. Sie verwenden dabei jeweils die aktuellsten Technologien. Heute sind das Satellitenfunk und digitale Übertragungsarten. Ein Funkamateur benötigt eine Lizenz, die er erst nach einer erfolgreichen Prüfung erhält. Funkamateure haben ein Rufzeichen, z.B. in der Schweiz HB9AMC, HB9GXM (hotel bravo nine alpha mike charlie, … golf x-ray mike)
Gliederung des Moduls
1. Teil Theoretischer Teil
Einführung in den Satellitenfunk
Satellitenbahnen
Frequenzen
Antennen
Satellit QO-100
Bitte stellen Sie Fragen!
2. Teil Demonstration von Funkverbindungen via Satellit
über unsere Station in Zug
Verbindungen nach Namibia, Südafrika, Antarktis
Bitte stelle Sie Fragen an unsere Gesprächspartner!
(in den Chat zu schreiben)
Kommunikation Handy vs Satellitenfunk
Antenne
Antenne
Zelle
Zelle
Handy Handy
Satellit
~3
m 8‘0
0k 00
km
8 ‘00
~3
Sender Sender
Empfänger Empfänger
Satellitenbahnen Mond
Entfernung 380‘000 km
Low Earth Orbit LEO
1 Umlauf in 27 d
geostationär (GEO)
GEO: Höhe 36‘000 km über Erde
N 1 Umdrehung in 24 h
synchron zur Erddrehung
geostationär, immer sichtbar
36‘000 km
LEO: Höhe typ. 400 – 600 km über Erde
S 1 Umdrehung in ~95 Minuten
Satellit jeweils für ca. 12 Minuten sichtbar
Erde
1 Umdrehung in 24 h
Geostationäre Bahnen für Fernsehsatelliten, Kommunikationssatelliten
Vorteil immer sichtbar
Nachteil grosse Entfernung (~38‘000 km) kleine Signalstärke
Kommunikation mit dem Satelliten: Frequenzen
+ 8‘089.5 MHz
Satellit 2‘400.0 MHz 10‘489.5 MHz
- 2‘400.5 MHz - 10‘490.0 MHz
~38‘000 km
Wellen mit dieser
Frequenz werden in F = 10.5
f = 2.4 GHz
der Atmosphäre GHz
= 13 cm
kaum gedämpft = 3 cm
Bodenstation 2‘400.35 MHz 10‘489.850 MHz
Bsp.
Eigenschaften von Antennen
Durchmesser Ø
α λ/Ø
Reflektor Antenne in grosser Entfernung
Öfnungswinkel α der Antenne (Antenne strahlt in diesen Winkel aus)
αλ/Ø
Wichtig
λ kleine Wellenlänge/hohe Frequenz α Antenne bündelt stärker
Ø grosse Antenne
Der Grund für dieses Verhalten ist die Beugung von Wellen (s. Physikunterricht).
Bsp. Bündelung: Natelantennen
4G 5G
horizontal schmal breit gefächert, 3 Antennen decken 360° ab
vertikal hoch vertikal gebündelt, entlang dem Boden
Die Antenne in Ihrem Handy strahlt ziemlich ungerichtet ab.Verwendete Antenne
Off–axis-Parabel
Öffnungswinkel (Reflektor)
Empfänger (3 cm) 2°
Sender (13 cm) 9°
Antenne
im Brennpunkt
Parabel
(Paraboloid)Satellit als Sender/Ground Station als Empfänger
Empfänger λ = 3 cm Sender
~12‘800 km
Satellit
~ 18
36‘000 km
Antenne auf dem Satelliten muss ganze Erdkugel anstrahlen
Antenne muss einen Öffnungswinkel von ~18 + haben (Durchmesser typ. 10 cm)
Antenne auf der Erde Ø typ. = 1.28 m (Öffnungswinkel ~1.5 )
Signalabschwächung
beleuchtet wird der Erddurchmesser 12’800’000 m
wir empfangen davon eine Kreis von 1.28 m Durchmesser
Flächenverhältnis (1.28/12’800’000)2 = (10-7)2 = 10-14 (~ ˗̶ 140 dB)
Die Antenne empfängt nur einen sehr kleinen Bruchteil der Sendeleistung des Satelliten!
Verbesserung: nur durch Vergrösserung der Empfangsantenne auf der ErdeGround Station (auf der Erde) als Sender
Sender λ = 12.5 cm Empfänger
Öffnungswinkel der Sendeantenne ~ 9
~12‘800 km ~ 0.0000015 bestrahltes Gebiet
Erde
Ø ~6000 km
8
ng santenne ~ 1
fa
sw in k e l der Emp Satellit
Öffnung
Ground Station muss Satelliten anstrahlen
Idee: Bestrahlung nur der Satellitenentenne, stark gebündelt
Antenne müsste eine Öffnung von ca. 0.00001 haben
unmöglich: erfordert sehr grosse Antenne und sehr genaue Ausrichtung
Sende-Antenne Ground Station: Ø = ~1 m (Grösse wie Empfangsantenne)
Antenne strahlt etwa innerhalb von 9 aus (ca. 1 Mio. x mehr als oben)
beleuchteter Kreis mit Durchmesser 6‘000 km beim Satelliten
Empfangs-Antenne auf dem Satelliten typ. Ø = 0.4 m (darf nicht grösser sein, muss Erde 'sehen’)
bestrahlter Durchmesser 6’000’000 m (s.o.)
Signalabschwächung
Flächenverhältnis (0.4/6’000’000)2 = (7ꞏ10-8)2 = 5ꞏ10-15 (~ ˗̶ 143 dB)
Nur ein sehr kleiner Bruchteil erreicht die Antenne des Satelliten
Verbesserung: grössere Sendeantenne auf der ErdeWelches Gebiet deckt der Satellit auf der Erde ab?
Sicht vom Satelliten Kartenprojektion
25.9° E
AMSAT-DL AMSAT-DL
Image landsat/Image IBCAO, Data SIO, NOAA, U.S. Navy, NGA, GEBCOBitte denken Sie sich Fragen an unsere
Gesprächspartner
Gary Immelman in Südafrika
Ibrahim auf den Malediven
Theresa (Antarktis)
aus
(in den Chat zu schreiben!)Der Satellit QO-100
Der erste geostationäre Satellit der Funkamateure
Der Transponder für die Funkamateure ist Teil des
Satelliten Es‘hail-2 der Es‘hailSat Qatar Satellite
Company. Primär ist das ein Fernsehsatellit.
Es‘hail (arab.) Name für den Stern Canopus (Symbol
für Glück)
Start:
Mit SpaceX Falcon 9 (Cape Canaveral) 15.11.2018
Gewicht des Satelliten 3000 kg
AMSAT-DL
Am Projekt waren beteiligt:
Qatar Amateur Radio Society (QARS)
Radio Amateur Satellite Corporation-Deutschland
AMSAT-DL e.V.
Hersteller
Mitsubishi Electric Corporation MELCO, Japan
Betreiber
Es‘hailSat Qatar Satellite Company
AMSAT-DLDer Satellit Es‘hail-2
AMSAT-DL
AMSAT-DLZusammenfassung Übertragung
• grosse Distanz Erde – GEO-Satellit
Signale stark abgeschwächt.
• begrenzte Sendeleistungen zur Verfügung
• Die Empfänger müssen sehr empfindlich sein (wenig Rauschen)
Die notwendige Technologie ist heute kostengünstig erhältlich.Wie kann ich diesen Satelliten empfangen?
Über den Empfänger Goonhilly Earth Station, Cornwall, GB
https://eshail.batc.org.uk/nb/
GOOGLE
https://eshail.batc.org.uk/nb/Wie bedient man diesen Empfänger?
CW-Bake
Morse-Funkverkehr Sprechfunk (SSB) Sprechfunk (SSB)
Ausgewählte Frequenz (Symbol kann
durch Klick auf die richrtige Frequenz
gesetzt werden
Hier kann die Frequenz geändert werden https://eshail.batc.org.uk/nb/ HB9GXM/2. Teil Demonstration von Funkverbindungen über den geostationären Satelliten QO-100 Live-Übertragung mit Video-Stream aus Zug (Operator Willi Vollenweider HB9AMC). Link: https://batc.org.uk/live/hb9amc Unsere Station hat das Rufzeichen HB9A (Hotel Bravo Nine Alpha) Bitte denken Sie sich Fragen an unsere Gesprächspartner aus! (in den Chat zu schreiben!)
Dr. h.c. Gary Immelman ZS6YI, Johannesburg
(Südafrika)
Distanz 8455 kmIbrey Ibrahim Ahmed 8Q7QC, Malediven
https://eshail.batc.org.uk/nb/QRZ.COM 8Q7QC
https://eshail.batc.org.uk/nb/QRZ.COM 8Q7QCDP0GVN Theresa (DC1TH)
Neumayer-Station III, Antarktis, Distanz 15691 km
https://www.merkur.de/Zum Abschluss Amateurfunk ist ein sehr vielseitiges Hobby! Der Amateurfunk ist während 100 Jahren immer jung geblieben, durch den Einsatz der jeweils neusten Technologien. Seit vielen Jahren spielt die Digitalisierung eine sehr grosse Rolle: Digitale Übertragungsarten, digitale Sender und Empfänger Ein Tipp: Themen aus dem Amateurfunk eignen sich sehr gut für Maturaarbeiten! Interessiert? Die USKA www.uska.ch oder lokale Sektionen geben Ihnen gerne Auskünfte und weitere Unterstützung
Wenn Sie sich für den Amateurfunk interessieren
Webinare zu verschiedenen Themen rund um
den Amateurfunk www.hamwebinar.ch/
Allg. Informationen und Auskünfte www.uska.ch
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Wir wünschen weiterhin einen schönen TecDayInformationen zur Entstehung und Organisation von QO-100 QO-100 ist ein Amateurfunknutzlast, welcher auf dem Satellit Es’hail-2 integriert ist. Es’Hail-2 ist ein Telekommunikationssatellit aus Qatar, der eine geostationäre Umlaufbahn mit einer Position auf 25,9° Ost besitzt. Es’Hail ist eine arabische Bezeichnung für den Stern Canopus. QO-100 steht für «Qatar OSCAR 100». OSCAR ist die Kurzform für «Orbiting Satellite Carrying Amateur Radio». Die Zahl 100 ist eine Laufnummer und bedeutet somit, dass es der hundertste Satellit mit einer anerkannten Amateurfunknutzlast im Orbit ist. Die Bezeichnung und Nummernvergabe (QO-100) wird durch die AMSAT-Nordamerika (Amateur Radio Satellite Coperation) vergeben. Der Transponder wurde von der Regierung in Qatar gesponsert. Die AMSAT-DL ist der geistige Vater von QO-100. Gemeinsam mit der Qatar Amateur Radio Society (QARS) und dem Satellitenbetreiber «Es’HailSat Qatar Satellit Company» wurde die Amateurfunknutzlast unter der Bezeichnung «Phase 4A» spezifiziert. Entwickelt und gebaut wurde Transponder zusammen mit der Hauptnutzlast durch MELCO (Mitsubishi Electric Coperation) in Japan. Es’hal-2 wird von Qatar aus gesteuert. Die Baken der beiden QO-100 Transponder unterliegen zusätzlich der Kontrolle der QARS in Qatar und AMSAT-DL in Bochum.
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