PREMIERĂ ÎN YO

Nou

NOU

Nou

!!!!

2,3 GHz

HI

EME in banda de 13 cm – 2300MHz / 2,3GHz

YO2BCT – Liviu Soflete

După şase luni de activitate EME în banda de 23 cm, cum staţiile noi apăreau tot mai rar, am început să mă

gândesc la atacarea următoarei benzi de unde ultrascurte, cea de 2320 MHz. Desigur, urma să folosesc tot reflectorul

parabolic de 3m diametru (mai exact 2,9m), din tablă de Al, cu formă geometrică bună (construit de fapt pentru 14

Ghz), deci iluminatorul parabolei trebuia construit astfel încât să se poată monta în suportul existent. La frecvenţa de

2320 MHz, diametrul reflectorului este mai mare (în lungimi de undă) decît la 23 cm, astfel că aici se justifica

construirea unui feed cu septum prevăzut cu un şoc inelar. Căutând pe Internet, am găsit descrierea unui horn cu şoc,

potrivit pentru parabola mea cu f/D = 0,325, cu un singur inel. Construcţia relativ simplă asigură o creştere a eficacităţii

(cu circa 1 dB) prin optimizarea iluminării reflectorului parabolic şi o reducere semnificativă a lobilor laterali de radiaţie

ai iluminatorului primar (conform simulărilor realizate de Paul Wade –W1GHZ şi publicate pe Internet : „Enhancing the

OK1DFC Square System Feed with a Choke Ring or Chaparral-style Horn” ), deci mai puţin zgomot captat din direcţia

Pământului. Tot din studiul lui Paul au rezultat dimensiunile optime ale şocului şi poziţia lui faţă de planul deschiderii

hornului pentru f/D al parabolei mele (conform fig.15 din articolul citat şi Appendix – Ring 0.15 and 0.12 wavelenght

behind aperture). Am ales un şoc cu diametrul de 1,7λ = 220mm (diametrul minim utilizabil, compatibil cu parabola

mea relativ mică) şi adâncimea de 0,4λ = 52mm, cu poziţia de montare la 23mm în spatele deschiderii hornului. Poziţia

centrului de fază rezultă la circa 14 – 16 mm în interiorul hornului; ea nu e critică pentru că se va regla poziţia finală a

hornului în focar pe maximul de semnal recepţionat – zgomot solar sau un semnal local de nivel mic. Am utilizat

polarizorul cu septum, aflat acum „la modă” (şi pe care l-am realizat fără probleme şi pentru hornul de 1296MHz), şi

am folosit pentru antena de emisie o mufă N cu pinul central mai lung (circa 25mm, cu diametrul de 3mm). Peste

acesta am introdus forţat un tub realizat din tablă de alamă (argintată după rulare) cu grosimea de 0,25mm, rulată pe

un dorn, astfel că diametrul final a ajuns la 3,5mm. La reglarea părţii de emisie, această construcţie mi-a permis să

ajustez uşor lungimea „antenei” pentru obţinerea unui nivel minim de unde staţionare. Am utilizat un analizor de

spectru cu tracking generator şi un cuplor direcţional pentru afişarea puterii semnalului reflectat la frecvenţa de 2320

MHz. La diferite lungimi ale antenei, am reglat şurubul cu disc capacitiv până am obţinut combinaţia care a dat cea mai

bună valoare RL. Pentru antena de recepţie, am utilizat aceeaşi construcţie ca la sistemul pentru 23cm şi anume un

cablu semirigid UT-141, cu o flanşă din alamă (argintată) pentru punera la masă şi cu conductorul central prelungit cu

un tub de alamă cu diametrul de 3mm (argintat şi el ) cu lungimea iniţială de 23mm . Lungimea antenei de recepţie a

fost modificată în trepte la reglaj prin schimbarea poziţiei de lipire a tubului de alamă pe conductorul central al

coaxialului. Acordul antenei de recepţie s-a făcut similar cu cea de emisie, urmărind RL maxim, dar introducând în

circuit şi releul de protecţie de la intrarea în LNA. Ambele antene se află la 25mm de peretele din spate, de

scurtcircuitare a ghidurilor dreptunghiulare. Pentru acordul antenelor am utilizat discuri capacitive din tablă de alamă,

cu grosimea de 1mm şi diametrul de 12 mm, lipite pe capetele unor tije filetate (M4) din alamă, şi argintate după lipire.

Argintarea asigură pierderi mici şi păstrarea în timp a proprietăţilor electrice, dacă piesele nu se expun unei umidităţi

exagerate sau unui mediu coroziv (în special hidrogenul sulfurat este foarte nociv pentru argint, care se acoperă cu un

strat negru, rău conducător , din sulfură de argint). Detaliile construcţiei se văd în fotografiile anexate; nu am dat

dimensiuni, deoarece construcţia este descrisă pe Internet (dimensiunile hornului şi ale septumului în trepte se pot

determina pentru diferite frecvenţe cu calculatorul în Excel aflat pe site-ul lui OK1DFC: Septum polarization

transformer-calculation sheet – Excel 24kB) , iar anumite dimensiuni exterioare depind de grosimea tablei de aluminiu

disponibilă. Eu am utilizat tablă de 1,5 mm grosime şi şuruburi de inox, care nu formează un cuplu galvanic cu aluminiul

şi rezistă bine la coroziune. In toată construcţia, distanţa dintre şuruburile succesive nu este mai mare de 20mm (mai

mică decît un sfert de lungime de undă). Amplificatorul de recepţie cu zgomot mic (LNA) se montează tot pe horn, cu

cablu semirigid UT-141 de lungime cât mai mică şi se cuplează la antena de recepţie cu un releu de microunde cu

conectori SMA, care asigură reducerea la un nivel suportabil a semnalului aplicat LNA-ului pe timpul emisiei. Atenuarea

între antena de emisie şi cea de recepţie, de circa 20 dB (ea depinde de precizia de execuţie şi reglare a hornului şi

scade după montarea hornului în focar, din cauza semnalului reflectat de centrul parabolei, semnal care soseşte cu

polaritatea inversată) este insuficientă singură pentru protejarea LNA, deci este absolut necesară introducerea releului

suplimentar (peste 70 dB atenuare pe contactul deschis), cu toate că apare la recepţie o pierdere suplimentară de

semnal ( în funcţie de calitatea releului şi a mufelor SMA utilizate 0,1...0,3dB). RW3BP discută în “1296 MHz Small EME

Station with Good Capability” (articol accesibil pe Internet şi în limba rusă şi în engleză) situaţia pentru banda de

23cm, dar ideile sunt desigur valabile şi la frecvenţe mai mari.

Amplificatorul final de emisie este montat în focarul antenei parabolice, fiind conectat la antena de emisie cu

un cablu RG 213 de circa 40 cm lungime, prevăzut cu mufe N, pierderea de putere pe acest cablu scurt fiind astfel

neglijabilă. Pentru parte de emisie, am utilizat o construcţie industrială (achiziţionată la târgul de la Friedrichshafen) -

un amplificator pentru staţiile de telefonie mobilă în 1900 MHz, pe care l-am reacordat în banda de 13 cm.

Amplificatorul cuprinde 5 tranzistoare LDMOS tip MRF1985, unul ca driver şi ceilalţi 4 montaţi pe un disipator de cupru

gros de 5mm, combinaţi cu splittere/combinere (hibrizi de 3dB-90 grade) şi este capabil să livreze 100W, fără a atinge

temperaturi exagerate, în regimul dur de solicitare (48 secunde emisie/72 receptie) impus de modul JT65.

Tranzistoarele finale ar putea în principiu să genereze o putere mai mare, dar punctul slab al montajului este cuplorul

de ieşire (din datele fabricantului – Anaren –, numai 60W CW Average). Am testat amplificatorul (montat pe radiator şi

ventilat forţat, alimentat la 20V, nu 28) şi totul funcţionează fără probleme la 100W, în regimul 1 minut emisie/1 minut

recepţie. Cu această putere, în banda de 13 cm, deşi atenuarea de propagare E-M-E este mai mare decât pe 23 cm,

datorită câştigului mai mare al antenei (cu circa 5 dB), la un LNA cu acelaşi factor de zgomot, mă pot aştepta la un

raport semnal/zgomot al ecoului propriu cu 2 dB mai bun decât la echipamentul pentru 23 cm (cu final de 200W), deci

la performanţe cel puţin egale în trafic. Primul LNA, construit în regim propriu cu NE32584 şi ATF54143, după o schemă

asemănătoare cu aceea a LNA pentru 23 cm, realizează o amplificare stabilă de numai 18 dB; de aceea a fost adăugat

încă un amplificator ( circa 25 dB, realizat cu 3 MMIC), prevăzut cu filtre de bandă realizate cu linii în sfert de lungime

de undă la intrare (3 linii cuplate) şi ieşire (2 linii), acordate cu trimeri tubulari. Filtrele servesc la atenuarea semnalelor

pe circa 2,1 GHz (telefonie mobilă) şi 2,4 GHz (transmisii de date), care am constatat (cu un analizor de spectru) că

există cu nivele mari în zona de amplasare a antenei parabolice.

Sistemul de orientare al antenei este tot cel manual, dar poziţia va trebui corectată mai des, pentru a nu depăşi

0,5 grade abatere, deoarece diagrama de radiaţie a antenei este mai îngustă la această frecvenţă (circa 3,2 grade

deschidere la -3dB).

In instalaţia pentru 23 cm am utilizat ca transceiver de bază un IC910H; pentru banda de 13 cm a trebuit să

utilizez transverterul DB6NT pentru legături terestre, care porneşte de la frecvenţa de bază de 144 MHz. Transceiverul

de bază (IC 251 cu front - end modificat- LNA cu GAsFET, filtre helix şi mixer de nivel mare cu diode în inel) este

prevăzut cu o ieşire de IF de bandă largă (pe 10,7 MHz) la care se poate conecta un receptor SDR IQ pentru urmărirea

semnalelor într-o bandă de frecvenţe de câteva zeci de kHz (depinde de frecvenţa de eşantionare a cartelei de sunet).

Adaptorul panoramic realizat astfel uşurează reperarea frecvenţei corespondentului, care poate avea abateri faţă de

cea aşteptată, atât din cauza impreciziilor inerente ale oscilatoarelor cât şi din cauza efectului Doppler foarte pronunţat

la această frecvenţă.

Pentru adaptarea nivelelor de semnal între transverterul ‚terestru’ pentru banda de 13 cm (25W out) şi

intrarea în amplificatorul de putere (necesar 1,6 – 2W), am nevoie de o atenuare de circa 11 dB, pe care am realizat-o

cu un cablu RG 58 cu lungimea de circa 10 m, intercalat pe traseul de emisie. Secvenţiatorul pentru comutarea releelor

şi alimentarea LNA este construit în carcasa amplificatorului de putere, simplificând astfel cablarea şi alimentarea

întregii instalaţii.

O problemă care complică traficul EME în banda de 13 cm este alocarea diferită a benzilor de frecvenţe pentru

traficul de radioamatori în diferite ţări din lume, astfel că pentru Japonia, Australia sau Statele Unite va trebui să

utilizez un receptor diferit (frecvenţele lor de emisie fiind între 2302 – 2424 MHz ). Deocamdată voi lucra cu staţii

europene care au alocată aceeaşi bandă ca şi Romania, pentru viitor urmând să pregătesc receptorul IC9500 (care are

bandă continuă pînă la 3 GHz). Instalaţia a fost montată pentru prima dată în iunie 2012; zgomotul Soarelui (faţă de

cerul rece) a fost măsurat la 9 dB (pentru SF 136), ceea ce dovedeşte performanţe destul de slabe ale LNA. In faza

actuală, echipamentul permite lucrul numai în CW, neavând încă o interfaţă pentru conectarea IC251 la calculator,

astfel că încă nu am făcut măsurări ale ecoului propriu.

Cu acest echipament am realizat prima legătură EME din YO în banda de 13 cm, în CW, cu un corespondent

mult mai bine echipat – SP6OPN (antena=6,5m , Pout circa 1kW) , în data de 17.06.2012 şi nu în cele mai bune condiţii

(degradare circa 2 dB). Am primit încurajări de la alte staţii care m-au putut recepţiona bine, dar receptorul meu nu mi-

a permis realizarea altor legături.

Profitând de drumul la târgul din Friedrichshafen 2012, am achiziţionat de la G4DDK – Sam Jewell

(binecunoscutul – printre „lunatici” – constructor de LNA-uri de mare performanţă) un kit pentru un amplificator

performant în banda de 2320 MHz. După montarea şi reglarea LNA (27 dB amplificare), zgomotul măsurat

Sun/ClearSky a fost de circa 12dB la SF 85, deci o îmbunătăţire substanţială a recepţiei. In data de 21 iulie am realizat 2

legături, cu F2TU (6,5m - 300W) , semnal copiat comod cu 559, QSO ca în unde scurte, şi F1PYR (3,5m - 100W, deci

aproximativ acceaşi dotare cu a mea), mult mai dificil de copiat la o degradare de 2 dB, totuşi un “O” „cinstit”. Se pare

că destul de mulţi radioamatori vor fi interesaţi de legături EME cu YO pe această bandă – avantajul primului sosit

dintr-o ţară „rară”, hi! . Cea mai dificilă parte mi s-a părut construirea şi reglarea LNA în regim propriu, neavând acces la

aparatură pentru măsurarea factorului de zgomot. La această frecvenţă (2320 MHz) este greu de realizat simultan un

factor de zgomot redus, o amplificare mare, un RL la intrare mare şi o bună stabilitate (mai ales că după ce se

montează capacul cutiei deobicei pornesc autooscilaţii pe frecvenţe de câţiva GHz). Cea mai sigură şi performantă

soluţie pentru banda de 13 cm (şi mai sus) este achiziţia unui LNA sau kit al unui constructor cu experienţă şi acces la

aparatură. Pentru banda de 23 cm am reuşit să construiesc un LNA cu performanţe bune, comparabil cu multe din cele

ale corespondenţilor. O comparaţie simplă se poate face în felul următor: ştiind că ambele antene participă cu câştigul

lor la legătură şi atenuarea pe traseu este aceeaşi în ambele sensuri (la polarizare circulară), diferenţa între raportul

primit şi cel dat, la puteri de emisie egale este dată doar de performanţa receptorului. De exemplu, eu am 200W la

emisie, corespondentul 400W, eu îi dau controlul -15dB şi primesc -18dB (controale în JT65); în aceste condiţii,

receptorul meu este la fel de sensibil cu al corespondentului, diferenţa dintre controale provenind din diferenţa de

putere de emisie (+3dB înseamnă o dublare a puterii, -15dB însemnând deci o putere de două ori mai mare decât -

18dB). Făcînd această comparaţie cu mai multi corespondenţi, putem aprecia destul de corect calitatea receptorului

nostru şi efectul unor eventuale modificări sau reglaje, abaterile întâmplătoare devenind neglijabile prin medierea unui

număr mare de măsurări. Un alt aspect, cunoscut teoretic, dar acum confirmat şi prin propria experienţă, este că nu se

poate optimiza poziţia hornului în focarul parabolei cu o sursă de semnal situată prea aproape, întrucât nu se respectă

condiţia de undă plană – profesioniştii în măsurarea antenelor ştiu despre ce e vorba. Se pot utiliza surse de semnal

situate la sute de metri distanţă ( distanţa minimă depinde de frecvenţă şi diametrul parabolei), astfel că cea mai

accesibilă sursă de semnal rămâne Soarele.

Această prezentare vrea să sublinieze că abordare benzilor de microunde nu este imposibilă pentru

radioamatorul dispus să facă efortul necesar de instruire, timp, muncă (şi bani...), iar satisfacţiile pot fi deosebite.

Lumea microundelor este cu totul diferită de cea a undelor scurte sau metrice, dar tocmai în această diversitate constă

farmecul radioamatorismului : mereu descoperi ceva nou şi diferit, care îţi aduce satisfacţii deosebite atunci când este

înţeles şi stăpânit.

După câteva luni de utilizare a sistemului, în timpul unui concurs EME am avut un defect în amplificatorul de

emisie: circuitul imprimat din zona combinerului de putere s-a ars, și am rămas numai cu două tranzistoare valide. Am

construit un alt amplificator, tot cu 2 module de la emițătoare de telefonie mobilă, echipate fiecare cu câte două

LDMOS tip MRF 5S21130HS, care funcționează lejer la 200 W out pe durată nelimitată. Radiatorul est mai mare, iar

cuplorul de ieșire suportă 250 W. Utilizez noul amplificator de circa 4 ani fără nicio problemă.

Mufa N cu tija lungă, utilizată pentru „antena” de emisie

Hornul cu septum şi şoc cu un inel. Mufa N serveşte la conectarea emiţătorului. Rama din profil de aluminiu

asigură montarea în suportul pentru hornul de 23 cm.

Vedere din faţă a şocului, septumului şi antenelor; în dreapta este antena de emisie, cu diametru mai mare.

Amplificatorul de recepţie (LNA - prima versiune HM) şi releele SMA de ocolire pe emisie. In dreapta,

şuruburile de acord a antenelor. Fixarea şocului pe horn trebuie să asigure un contact electric bun.

Amplificatorul de putere pentru emisie (prima versiune). Ventilatoarele sunt ecranate la partea inferioară cu

plasă de sârmă – fără acest ecran electronica de comandă a motoarelor ( brushless) nu funcţionează din cauza

câmpului de radiofrecvenţă din carcasa amplificatorului. Mufa de ieşire este cea din stânga. Tot din PA se alimentează şi

LNA şi releele de ocolire şi se comandă trecerea pe emisie a transveterului 144/2320 MHz. Amplificatorul de

putere se montează în focarul parabolei.

Instalaţia poziţionată pentru măsurarea zgomotului solar. Umbra hornului cade centrat pe mijlocul antenei

(gaura din mijlocul parabolei); se verifică totodată şi sistemul de indicare a poziţiei al antenei (conform coordonatelor

soarelui calculate cu WSJT – Astronomical Data). Amplificatorul de putere încă nu este montat; el se poate monta peste

horn ( mai uşor de fixat, prin greutatea proprie) sau sub horn – mai protejat de razele soarelui care îl încălzeşte

suplimentar, dar mai greu de montat. Se alege poziţia după condiţiile de funcţionare, dacă încălzirea solară e

importantă sau nu. Teiul de lângă antenă limitează deschiderea liberă – aşteptăm iarna , să cadă frunzele...(sau

împrumutăm o Drujbă, hi!).

Amplificatorul (actual) de 200W instalat în ”cuşca” din focarul parabolei. Fluxul de aer de răcire se împarte în

două și este evacuat și prin față și prin spate. Alimentarea este tot la 28V (24A !).

Timișoara - Iunie 2016 YO2BCT – Liviu