Autor: DH1DF

OM Michael DL1JHR hat hierzu einen interessanten Artikel geschrieben.

Das Modulationsverfahren LoRa (Long Range) wurde für das Internet der Dinge entwickelt. Es ermöglicht die Übertragung geringer Datenmengen mit sehr geringer Leistung. Inzwischen hat es auch im Amateurfunk Verbreitung gefunden. Anwendungen sind zum Beispiel APRS oder Messengerdienste. Mit Sendeleistungen <100mW werden dabei Strecken von ca. 5km überbrückt. Bei Sichtverbindung können Entfernungen von 40-100km erreicht werden. Lora wird auch für Satellitenkommunikation eingesetzt. Die beiden erfolgreichsten Satelliten sind der russische Norby (2W, manchmal auch 7W) und der italienische FEES (500mW). Diese können über bis zu 2500km an einem Dipol oder einer Groundplane empfangen werden.

Am 13. Januar 2022 wurden sechs neue Satelliten gestartet und die ersten Pakete wurden schon empfangen. FossaSat-2E-Satelliten senden z.B. auf der „Wettersonden-Frequenz“ 401.7 MHz mit 158mW. Weitere Satelliten sollen Ende Januar folgen.

Funkamateure und Studenten haben für den Empfang von LoRa-Satelliten die Software TinyGS entwickelt. Sie läuft auf Mikrocontrolerboards mit dem ESP32 und dem LoRa-Chip SX126x oder SX27x. Die kann man entweder selbst zusammenbasteln oder man nimmt das fertige Board LilyGo/TTGO ESP32 LoRa OLED V2.1.

Diese Boards gibt es für ca. 20€ bei China-Händlern oder anderen Internet-Verkaufsplattformen. Solche Boards sind eigentlich für die Hausautomatisierung gedacht. Bei der Auswahl der richtigen Frequenz muss man aufpassen. Es gibt zwar Satelliten bei 868MHz oder 915MHz. Die meisten Satelliten arbeiten aber im 70cm-Band. Man muss also ein Board für 433MHz bestellen. Ausgewählt wird das meist über die Farbe, d.h. es gibt die Farbe 433 oder die Farbe 868. Die älteren V2.0 oder V1.x Boards sind weniger empfindlich. Auf den gleichen Boards laufen auch Programme für APRS, Messengerdienste wie Meshtastic oder Tracker für Wettersonden.

Die Firmware für die Satelliten kann man bei GitHub downloaden. Updates werden später automatisch eingespielt. Die Logindaten für den TinyGS-Server bekommt man von einem Bot im Telegramm-Channel von TinyGS. Das Mikrocontrolerboard stellt einen kleinen Web-Server bereit, über den man alles konfigurieren kann.
Man braucht keine nachführbare Antenne. Eine Grundplane hat „nach oben“ eine Nullstelle. Bei direkten Überflügen ist das ein Nachteil. Eine Lüsterklemme und zwei Stück Draht als Dipol funktionieren ganz gut. Die Antenne muss natürlich draußen sein. Die Leistungen sind ja sehr niedrig.

Links für viele zusätzliche Informationen:
Die Web-Seite von TinyGS
https://tinygs.com/
Das Wiki auf GitHub mit allen Informationen die man zum Start braucht:
https://github.com/G4lile0/tinyGS/wiki

Ich habe heute wieder ein Raumfahrt-Thema mit etwas Funkbezug.
Am 25.12. wurde in Korou in Französisch-Guyana von einer Ariane 5-Rakete das James-Webb Teleskop gestartet. Vorausgegangen waren 30 Jahre Entwicklungszeit und 10 Milliarden US-$ Kosten.
Zweck des Teleskops ist die Durchmusterung des Himmels im Wellenbereich von sichtbarem Rot bis mittlerem Infrarot. Davon erhofft man sich Informationen über besonders weit entfernte Galaxien die in der Anfangszeit des Universums entstanden sind. Aufgrund der großen Entfernung und damit hohen Geschwindigkeit sind diese stark rotverschoben und im sichtbaren Bereich des Lichts nur schwer oder gar nicht zu erfassen.

Hierzu besitzt es neben mehreren Infrarot-Kameras einen Spiegel von 6,5 Meter Durchmesser, fast 3 mal so viel wie Hubble, sowie ein mehrlagiges Hitzeschild um die Infrarotstrahlung der Sonne abzuschirmen und Spiegel sowie Kameras kühl zu halten.

Momentan ist das Teleskop auf dem Weg zum Lagrange-Punkt L2 des Systems Erde-Sonne, weit hinter dem Mond in einer Entfernung von 1,6 Millionen Kilometer. In diesem Punkt heben sich die Anziehungskräfte von Sonne und Erde und die Fliehkraft gerade auf. Eine Plazierung in diesem Punkt ist allerdings in Radialrichtung nicht stabil, eine geringe Abweichung würde ein immer schnelleres Abdriften bedeuten. Um dies zu verhindern wird das Teleskop in einen Lissajous-Orbit um L2 geschickt. Einige kennen sicherlich die Lissajous-Figuren vom Oszilloskop und können sich damit ein Bild machen. Auch hier sind jedoch regelmäßige Kurskorrekturen erforderlich, die aufgrund des limitierten Treibstoffvorrats die Einsatzzeit des Teleskops auf 5-15 Jahre beschränken.

Etwas zur Funktechnik.
Das Teleskop hat 2 Antennen auf einer kardanisch aufgehängten Baugruppe „Gimballed Antenna Assembly“. Es gibt eine Medium-Gain-Antenna mit 20cm Durchmesser im S-Band, also im Bereich 2-4 GHz, die 0,2-40 Kilobit (während des Flugs 2 Kilobit) pro Sekunde für Telemetrie, 2 und 16 (während des Flugs 0,25) Kilobit pro Sekunde für Kommandofunktionen und außerdem für die Bestimmung der Entfernung, Geschwindigkeit und Position mittels Laufzeit, Dopplereffekt und Triangulation benutzt wird. Die zweite Antenne ist die High-Gain-Antenne mit 60cm Durchmesser im Ka-Band, 26,5-40 GHz. Diese Antenne sendet die wissenschaftlichen Daten mit einer Geschwindigkeit von 7, 14 oder 28 Megabit pro Sekunde. Die Sendeleistung beträgt hier 50 Watt, bei der Medium-Gain-Antenna dürfte sie deutlich niedriger ausfallen.

Als Bodenstation werden in der erdnahen Phase Stationen des ESA Tracking Station ESTRACK-Netzes in Kuorou (15 Meter Schüsseldurchmesser), Natal in Brasilien (ca. 7m), Ascension im Südatlantik zwischen Südamerika und Afrika (ca. 6m), Libreville in Gabun (ca. 7m) und Malindi in Kenia (10 Meter) verwendet. Aufgrund der noch niedrigen Höhe von 220km im Erdorbit ist nur Kommunikation mit Äquator-nahen Stationen möglich.

Im erdfernen Transit und im L2-Orbit wird wieder das Deep-Space-Network, bestehend aus 3 Stationen in der Mojave-Wüste in Kalifornien, Madrid und Canberra in Australien. Diese haben jeweils 70m-Antennen.

Im Orbit, der vorraussichtlich in 3 Wochen erreicht ist, ist ein 4-stündiger Kontakt alle 12 Stunden geplant.

In etwa 6 Monaten, wenn die Auskühlung der sonnenabgewandten Seite, Kalibrierung des Spiegels und der Kameras abgeschlossen ist, beginnt dann die wissenschaftliche Arbeit und wird vorraussichtlich andauern bis die Treibstoffvorräte erschöpft sind.

Nach Airplane-Scatter, Meteor-Scatter und QO100 erzähle ich heute etwas über eine weitere Möglichkeit der Weitbereichsverbindungen im Bereich 50 MHz bis 47 GHz. Gemeint ist hier Erde-Mond-Erde, wo man den Mond als Reflektor benutzen kann.

„Entwickelt“ wurde diese Technik vom US-Militär kurz nach dem 2. Weltkrieg, um eine Ionosphären-unabhängige Verbindungsmöglichkeit zu den Übersee-Basen zu ermöglichen.
Genutzt wurde dies dann für Fernschreiber-Verbindungen zwischen Pearl Harbor in Hawaii und Washington.
Seit 1953 wird die Technik auch von Funkamateuren verwendet.

Nachdem die Verbindung Erde-Monde-Erde je nach Frequenz eine Dämpfung von 243dB bei 50MHz bis zu 289dB bei 10 GHz beträgt sind hier große Antennen und viel Sendeleistung erforderlich.
Zwar erscheint der Unterschied von gut 40dB auf den ersten Blick erheblich, jedoch relativiert sich das wenn man die Antennengrößen vergleicht.

Auf 2m sind 750 Watt und vier Yagis mit jeweils 5 Meter Länge erforderlich um sich selbst in CW zu empfangen, auf 23cm reduziert sich das bereits auf eine 4m Schüssel mit 100W.
Mit WSJTX sind dabei noch deutlich kleinere Antennen und niedrigere Sendeleistungen möglich. Auch Telephonie über SSB ist möglich, aber nicht nur ist eine sehr hohe Sendeleistung erforderlich, aufgrund der durch die ungleichmäßige Mondoberfläche verursachten Interferenzen ist die Verbindung auch nur von geringer Audioqualität.

Ich habe für 13cm eine PA mit 120 Watt (erlaubt sind allerdings nur 75 Watt) und werde da im Frühling mal versuchen Signale zu senden und zu empfangen.

Man kann sich mit einer Verzögerung von etwa 2,6 Sekunden selbst hören. Um Kommunikationspartner zu finden kann man den WSJT Erde-Mond-Erde-Chat im Internet nutzen

Vor kurzen ist auch eine LoRa-Verbindung über Erde-Mond-Erde geglückt. Allerdings mit beeindruckender Technik: Ein 25m-Spiegel mit 350W PA, die LoRa-Transceiver waren hingegen von der Stange

Ausblick.
Ab 2024 ist die Lunar Orbital Platform-Gateway LOP-G geplant, eine Raumstation die den Mond in einem L2 Near Rectlinear Halo Orbit mit einer Umlaufzeit von 6,5 Tagen umkreisen soll. Diese Umlaufbahn erlaubt permanente Sichtverbindung zur Erde und ist stark elliptisch, wodurch eine lange Abdeckung des als Aktionszentrum geplanten Mond-Südpols möglich ist. Neben der Nutzung als zeitweise Unterkunft für Astronauten ist auch ein Lineartransponder ähnlich QO100 geplant mit einem Downlink auf 10 GHz mit 100W Sendeleistung und einem Uplink auf 2,4 oder 5 GHz.

Zum Testen kann man bereits jetzt die Mondbake von DL0SHF verwenden, die auf 10,368025 GHz aus Kiel Richtung Mond sendet und deren Reflexionen ab 60cm Schüsseldurchmesser empfangen werden können. Als besonders praktisch dürfte sich hier der 7. Januar 2022 15:36 Uhr erweisen. Dann stehen QO100 und der Mond so dicht beieinander dass über eine Schüssel kurzzeitig sowohl QO100 als auch die Mondbanke zu empfangen sind. Dies ist auch nochmal eine günstige Gelegenheit eine Schüssel auf QO100 auszurichten, einfach den Mond anpeilen.

Amateurfunksatelliten gibt es seit dem 12. Dezember 1961, nur 4 Jahre seit dem ersten Funksatelliten überhaupt: Sputnik 1
Mittlerweile sind laut Celestrak 85 Amateurfunksatelliten, oder als solche deklarierte, im Orbit.
Während die meisten Amateurfunksatelliten in niedrigen Orbits kreisen und damit nur Funkverbindungen über wenige Minuten zulassen,
gibt es auch Satelliten in hochelliptischen Orbits, die aufgrund ihrer niedrigen Geschwindigkeit am höchsten Punkt Verbindungen über
mehrere Stunden zulassen.
Seit dem 2. Februar 2019 gibt es nun auch einen geostationären Satelliten mit Amateurfunk, QO100, der im folgenden etwas näher betrachtet werden soll.

Aufgrund der geostationären Umlaufbahn befindet sich der Satellit aus Erdsicht immer an der selben Position, in diesem Falle ca. 36000 km über der Demokratischen
Republik Kongo in Zentralafrika. Er ermöglicht damit Amateurfunkern unabhängig von Tageszeit, Sonnenaktivität und sonstigen Effekten die üblicherweise die Funkausbreitung beeinflussen, beinahe die halbe Welt zuverlässig zu erreichen.
Der Abdeckungsbereich geht dabei von Teilen der Antarktis über das östliche Brasilien, Island, Skandinavien bis Singapur.

Für erste QO 100-Empfangsversuche auf 3cm ist eine 60cm-Sat-Schüssel, ein handelsüblicher Universal-LNB (jedenfalls die meisten) sowie ein RTL-SDR Stick nebst Bias-Tee für 12V ausreichend. LNBs mit PLL sind denen mit DRO aufgrund besserer Stabilität zu bevorzugen. Getestet wurden HD-Profi Single, Goobay Single und Durline Ultra Twin. Schlecht funktioniert der Durline Ultra Quattro (filtert Signale außerhalb des üblichen SAT-Bereichs zu stark heraus).

In unserer Gegend ist die Schüssel auf eine Höhe von 30 Grad und einen Azimut-Winkel von 164 Grad, also ca. 16 Grad links der Südrichtung einzustellen. Man kann sich auch am Astra-Satelliten orientieren und muss dann die Antenne ca. 9 Grad links drehen. Am 23. September gibt es auch eine weitere seltene Möglichkeit: Kurz vor 12 Uhr Küchenzeit steht die Sonne an der selben Position wie QO100. Damit kann man die Empfangsbedingungen ideal abschätzen und die Antenne ausrichten. Auf keinen Fall aber in die Sonne blicken, es drohen schwere Augenschäden.
Sobald der Empfang funktioniert stellt man jedoch schnell fest dass aufgrund der Instabilität der LNB-Frequenz das Verfolgen von QSOs nur wenig Spaß macht, man muss ständig die Frequenz korrigieren.
Hier gibt es sowohl Software-Lösungen (z.B. Orientierung an einer der drei gesendeten Baken mit SDR-Console) oder Hardware-Lösungen z.B. ersetzen des Quarzes durch einen temperaturkorrigierten Oszillator TCXO,
Einspeisung einer genaueren Referenzfrequenz oder Kauf eines der wenigen LNBs mit integriertem TCXO.
Neben einem Narrow-Band-Transponder mit vertikaler Polarisation für CW,SSB und Digimodes gibt es auch noch einen Wide-Band-Transponder mit horizontaler Polarisation für Bildübertragung mittels DVB-S2.
Um dann auf Sendung zu gehen braucht man auf 13cm eine Sendeleistung ab 6 Watt, je nach Antennengröße und Bandbreite. Dabei ist eine linksdrehende zirkulare Polarisation zu verwenden. Neben einer extra Antenne zum senden kann man auch eine 13cm-Antenne am LNB befestigen. Im Internet gibt es da Bauvorschläge für eine Patchantenne (Patch of the year) oder eine Helixantenne (Helix of last year). Bei der Sendeleistung sollte man sich an dem Pegel der Banken orientieren und diesen nicht überschreiten. Falls man das doch tut wird man mit einem Warnsignal „Leila“ bestraft.

Als Transceiver kann man einen Adalm Pluto mit ensprechender PA verwenden (dieser sollte jedoch aus Frequenzstabilitätsgründen ebenfalls mit einem TCXO oder externem Takt versehen werden), oder, zumindest auf dem Narrow-Band-Transponder und mit entsprechenden Transvertern, ein 23cm,70cm oder 2m All-Mode-Gerät. Sehr zu empfehlen ist dabei ein Full-Duplex-Setup, entweder einen ensprechenden Transceiver oder 2 getrennte Geräte für Senden und Empfang. Ansonsten bekommt man bei einer Überschreitung des erlaubten Pegels vom Leila-Signal nichts mit.

Um sich nur mal einen Überblick über die Aktivitäten zu verschaffen kann man auch mittels WEBSDR über das Internet den Narrow-Band-Transponder inklusive Wasserfall empfangen.

Für unseren Fieldday ist geplant eine QO100-Station aufzubauen, eventuell sogar mit Video-Übertragung, so dass jeder interessierte sich das System ansehen und, bei vorhandener Lizenz, auf Sendung gehen kann.