76 GHz s odstupem osmi let - nový rekord [2008]

Pavel Šír, OK1AIY, ok1aiy@comanet.cz

O problematice provozu v pásmu 76 GHz bylo podrobně napsáno v AMA magazínu č. 3/1998, tedy právě před 10 léty. Je tam zevrubně popsána situace a stav techniky v té době a hlavně metodika, popisující postup při uskutečňování spojení. O dva roky později byl v časopisu Radioamatér překlad článku W3EP o práci v pásmu 76 GHz v jiné části světa, který dal podnět k dalšímu popisu v Radioamatéru č. 3/2000. Jsem přesvědčen, že jako úvod k následujícímu povídání je velmi vhodné ho po zkrácení a úpravách otisknout znovu – většinu tam uváděných informací by stejně bylo nutno zopakovat v jiné formě. Popis, který pak následuje, je totiž přímým pokračováním a platí vše, co probíhalo v uplynulých 8–10 letech – psát něco jiného by ani nebylo výstižnější. Možná to ocení i noví zájemci, kteří by mohli mít se sháněním starších čísel časopisu problémy.

Na tomto pásmu pracujeme spolu s Miloslavem Skálou, OK1UFL, už čtyři roky a pokud se nějakého VKV závodu zúčastníme a nejsme každý na jiném konci republiky, uděláme skoro vždy i soutěžní spojení. O související problematice viz AMA magazín č. 3/98, obrázky jsou i na obálce AMA č. 5/98.

Pásmo 76 GHz je v oblasti, která na své využití pro “spotřební účely“ ještě čeká. Když ale vidíme, jak poskočila technika za posledních pár let i u nás, jak se naplnila pásma i přes 20 GHz hlavně signály zařízení pro přenos dat či linkami propojujícími „buňky“ mobilních telefonů, je zřejmé, že během několika let bude i zde těsno.

Komická je i skutečnost, že např. přímo v pásmu 10368 MHz, které bylo dlouho „tabu“, je v současnosti „nacpáno“ i vzdor tomu, že projektanti, kteří jsou i aktivními radioamatéry, zde dotyčný kanál neobsazují. Naštěstí to zatím při spojeních nevadí, ale je rozčarování, když přijede někdo na VKV závod na nějaký exponovaný kopec, kde tato záležitost od posledně přibyla a pásmo je zcela zrušené. Nakonec nezbude, nežli naše zařízení zase vypnout. Na druhou stranu je tu i nebezpečí rušení z naší strany; závodění ale není tak časté a zatím na to můžeme zapomenout. Stačí se ale podívat na kteroukoli telekomunikační věž – jsou doslova opentleny parabolickými anténami různých průměrů, jež zprostředkují spojení na jednotky až desítky kilometrů.

Pokrok, na který jsme všichni čekali, je poněkud kalen faktem, že většina zařízení je dovezena odněkud ze světa a „zlaté české ruce“ to jenom instalují. Továrny, které dříve dokázaly jiné unikátní výrobky, jsou zavřené.

Ale věnujme se pásmu 76 GHz. Na některé delší pokusy zatím ani nebyl čas a provoz se omezuje jen na pár minut při soutěžním spojení. Zařízení se zapne, nechá se ohřát termostat a nacvičenou rutinou se udělá spojení. Přitom zkontrolujeme, zda se od posledního něco nestalo a zda souhlasí kmitočet; vše končí předáním reportu a pořadového čísla 001. Pak rychle demontáž, vše srovnat zpět do transportní krabice a na stativ jde zařízení pro další pásmo. Času je málo, pásem hodně, počasí není vždy příznivé a přijde večer, kdy „potmě“ toho mnoho neuděláme. Byly ale i chvíle, kdy zrovna počasí přálo, spěch nebyl a tak byla příležitost víc experimentovat. Např. o Polním dnu 1997 si všichni jistě vzpomeneme na zhoršení počasí ze soboty na neděli, kdy spadlo tolik vody, že z následujících záplav se stovky lidí v celé Evropě ještě nevzpamatovaly. Když závod začínal, nebylo ještě počasí tak špatné, ale ze severu k jihu, přesně ve směru spojení, už vítr hnal mraky notně nasycené vodou. Vzdálenost byla sice jen 11 km, ale každý mrak bylo možné registrovat na S-metru.

Jiná situace byla na stejné trase o dva roky později. To ale bylo počasí velmi dobré a tak jsme udržovali SSB spojení na 76032,2 MHz více než hodinu před začátkem závodu. Únik byl nepatrný, v síle signálu byla ještě rezerva, při provozu CW dokonce značná.

Pro lepší posouzení možností udělat spojení na větší vzdálenost poslouží grafy, z nichž lze odečíst, jaký vliv na zeslabení signálu mají dešťové srážky různého charakteru nebo zmíněný útlum způsobený absorpcí ve vodních párách či vzdušném kyslíku (viz obrázek).

http://www.wunderground.com/global/Region/EU/2xHumidity.html

Není to ale jediný důvod možného neúspěchu. Ve hře je více neznámých a nejlepší způsob, jak vše odhalit, je zkoušet – nejdříve komunikovat na krátké vzdálenosti a ty pak prodlužovat. Je velmi užitečné mít souběžně v provozu i 47 GHz. Můžeme to zkusit i přes nějakou překážku, třeba strom či stavení. Pak najednou zjistíme, že odrazem od okolních překážek to na krátkou vzdálenost jde též. Získané zkušenosti jsou nenahraditelné.

Podstatným rozdílem mezi stanicemi v USA a našimi transvertory je o 3 řády menší výkon. Naše zařízení je vlastně to nejjednodušší a nejlevnější, co DB6NT popsal. Přijímač bude asi porovnatelný, ale výkon byl naměřen jen 10 μW. V porovnání s 10 mW je to tisíckrát méně a zamyslíme- li se nad tím, můžeme se divit, že to vůbec šlo na větší vzdálenost než třeba jen 1 km. Už 1 mW by byl úctyhodný výkon a znalci potvrdí, že propracovat se k němu jednoduše je velký problém třeba i na 24 GHz. Lze sice zvětšovat průměr parabolické antény, ale ta musí mít také nějakou mechanickou přesnost, aby to nebyla jen „plachta na vítr“. Dánská firma PROCOM takové paraboly vyrábí, jsou z plátovaného materiálu, aby mechanické vlastnosti zůstávaly zaručeně stabilní v širokém rozsahu teplot. Podobné antény jistě vyrábí hodně výrobců na světě a všichni si je nechají dobře zaplatit. Vysílat se dá ale na cokoli, na Týdnu dánské mikrovlnné aktivity to předvedl Fredy, ON6UG, který vyrobil anténu i ze dna plechovky od CocaColy. Přes den s ní experimentoval a večer při HAM festu si ji připevnil na klopu svého svátečního saka. Dobrá parabola většího průměru má malý vyzařovací úhel a je nebezpečí, že bez optické pomůcky ji nenasměrujete zcela přesně. Nemusí to být jen dalekohled z pušky – stačí třeba hrana skříňky, podle které se nasměrujete již dostatečně přesně. Je to ten první nejdůležitější krok. Použitá literatura: Radioamatér 1/2000, Michael Kühle, DB6NT – Dubus 2/92 a 2/94, AMA magazín 3/98 a 5/98, P. Šír – OK1AIY – Radioamatérské konstrukce pro mikrovlnná pásma

Přenesme se nyní o těch 8 let zase do současnosti. S ohledem na technický pokrok ve světě je to vlastně dost dlouhá doba pro výrazný posun i v radioamatérských konstrukcích. Jsou dostupné klíčové součástky s podstatně lepšími vlastnostmi, zdokonalily se technologie, ale hlavně přišli noví lidé s pokrokovými, ještě neotřelými pohledy na věc. Přístup k profesionálním technologiím, možnost využití nějakého toho hotového modulu a hlavně dostupnost dokonalých měřicích přístrojů spolu s dlouholetými zkušenostmi z pásem nižších umožnily několika jedincům v zahraničí i u nás vyrobit nová zařízení s podstatně lepšími technickými parametry, hlavně s vyšším výkonem a lepší citlivostí. Příkladem byly konstrukce DL2AM a DC0DA, popsané v časopisu Dubus a CQ DL, které byly inspirující i pro naše konstruktéry. Těm nejvyšším pásmům se u nás věnuje více zájemců, někteří pracují kolektivně, jiní zcela samostatně. Uvážíme-li, že problematika je nesmírně náročná a na jednu hlavu a ruce je toho už opravdu moc, mají to jednotlivci obzvlášť nesnadné. Pohled do posledních kategorií výsledkových listin závodů v r. 2007 a 2008 však ukazuje, že se vcelku daří a stanic přibývá. Snad je to i tím, že vynaložená práce z minulých let konečně „přináší nějaké to ovoce“.

Nové konstrukce se od těch původních liší nasazením profesionálního dílu – násobiče typu CMA3824DOAUP nebo S00–4079, který dokáže jako troj- nebo čtyřnásobič odevzdat na kmitočtu kolem 38 GHz výkon až 100 mW. Ten je potřebný pro následující díly:

1. Subharmonický směšovač, v případě transvertoru s diodou (Flip Chip) MA4E1318 od firmy MACOM, nalepenou na příslušné desce z DUROIDu tl. 0,125 mm od DB6NT. Na výstupní přírubě lze naměřit výkon i přes 1 mW (přístroj firmy ANRITSU – hlava 75–110 GHz). Ten ovšem obsahuje 3 kmitočty: a) kmitočet potřebný, b) příslušný kmitočet zrcadlový, v případě mf 144 MHz vzdálený tedy o 288 MHz s obráceným SSB pásmem a c) kmitočet místního přiváděného oscilátoru 38 GHz x 2 (LO). V zařízení není žádný selektivní filtr – počítá se s tím, že jde ven i „zrcadlo“. Filtry se dávají v případě nasazení zesilovače, ale jejich výroba je na hodinářské úrovni a mají tedy i odpovídající ceny.

2. Varaktorový násobič (zdvojovač) s diodou MACOM MA46H140, nalepenou opět na příslušné desce od DB6NT z DUROIDu; násobič dává kolem 10 mW výkonu a umožňuje provoz CW. Ve světě tomu říkají „HI POWER“ a náročným přepínačem volí připojení antény zde nebo k transvertoru. Přepínač lze ušetřit připojením k druhé parabole či horně, mířící stejným směrem.

Operace nalepení čipu na desku je krok obtížný kvůli nepatrným rozměrům diod, kdy manipulace „holýma rukama“ nám může připravit nepříjemná překvapení, že diodu ztratíme dříve, než ji vůbec spatříme. Tento úkon je proto dobré svěřit tam, kde to umějí a hlavně kde na to mají potřebné vybavení. Kromě specializovaných firem mají kontaktovačky i na vysokých školách, existují ale i jedinci, kteří to zvládají doma opravdu na kuchyňském stole.

Několik vzorků z výše uvedených popisů od DL2AM zhotovil Aleš OK1FPC a tak byla vyrobena zařízení nová nebo inovována ta stávající. Podstatné zlepšení přinesl zmíněný varaktorový násobič jako pomůcka pro chvíli, kdy spojení vlastně začíná. „Trefit se“ s parabolickou anténou je obtížné a tak je na HiPower připevněna „Horna“. Ta má sice oproti parabole menší zisk, ale pokryje signálem větší plochu, takže protistanice jej snáze zaslechte a přesně se nasměruje. To je velmi důležitý krok, protože jsou eliminovány dvě neznámé – směr a kmitočet. Pak je možné přejít na transvertor naladěný na stejnou frekvenci, HiPower maják vypnout a pokračovat SSB na transvertoru s menším výkonem, ale s parabolickou anténou, kterou ještě „dotáhneme“ na nejlepší signál. Toto opatření se ukázalo velmi účinné a snad díky tomu dopadly velmi dobře první pokusy 6. 4. 2008 mezi SP6BTV a OK1UFL/p.

Přistupovali jsme k nim s obavami, jaké ty signály budou, protože s původními zařízeními se na 15 km už muselo telegrafovat. V úvahu se muselo brát i počasí – byla mlha, která může spojení ovlivnit ve špatném i v dobrém směru. Protistanice SP6BTV byla na Bukovině, JO80DL, naše stanoviště pro první pokus bylo ve čtverci JO80AK, vzdálené 18 km.

Signály byly obdivuhodně silné a tak jsme přejeli do sousedního čtverce JO70XK na okraj vesnice Hořičky. Na vzdálenost 24 km nebyla patrná žádná změna k horšímu, takže jsme zkusili přejet až na Zvičinu ve čtverci JO70UK. Samotný vrch kopce je zalesněný a tak jsme zajeli na severní úbočí, které bylo předpokládaným směrem otevřené. V mlze jsme se ale nemohli orientovat a tak přišla na řadu další pomůcka – zařízení pro 24 GHz pro přesné nasměrování. To se ihned podařilo a během minuty již probíhalo spojení SSB na 76 GHz tak dobře, jako by to bylo jen několik km. Pro přesnější nasměrování je 24 GHz ten optimální kmitočet. 10 GHz je pásmo moc hrubé, 47 GHz zase podobně problematické jako samotných 76 GHz, v praxi ho ale používáme rovněž.

Počasí nebylo valné, viditelnost asi 20 km a od severozápadu studeně foukalo. Překlenutá vzdálenost 42 km a signály s rezrvou dávaly naději na spojení delší – pokusy byly stanoveny podle počasí na neděli 13. dubna 2008 na trase Žalý–Bukovina (58 km), odkud jsme loni dělali už úspěšné spojení s SP6BTV na 47 GHz. První chvíle ale úspěšné nebyly, i přes dokonalé nasměrování na 24 GHz nemohli na polské straně HiPower od nás zaslechnout. Asi po hodině se to povedlo, CW signál by pro spojení postačil, ale zádrhel byl s telegrafováním – jednoduše řečeno: nemusí umět všichni všechno. Protože bylo třináctého, nebylo to nic divného. Čas ubíhal, ale po nějaké chvíli se signály začaly zlepšovat, takže proběhlo SSB spojení v dobré kvalitě. Okamžitě jsme realizovali druhou část plánu – přesun na Kozákov. Po hodině jízdy jsme za hezkého počasí našli na Kozákově volné místo na kraji silnice, nainstalovali zařízení 24 i 76 GHz a po obvyklé proceduře navázali spojení – zatím nejdelší – na 72 km.

K zamyšlení je skutečnost, že na kmitočtech 24, 47 a tedy i 76 GHz se po poledni signály zlepšují – povšimli si toho i ostatní aktéři a mnohdy se soutěžní spojení uskutečňují právě před koncem závodu. Jisté vysvětlení by přineslo prostudování příspěvku F4BUC z Dubusu 1/2007.

Další pokusy byly stanoveny na neděli 20. 4. 2008, kdy bylo slíbeno lepší počasí. Na stanoviště vyjeli OK1FPC (na JN79NU) a OK1JHM spolu s OK1EM (JO70DP). Z Benecka JO70SQ ve výšce 950 m.n.m. jsme byli „na přímou viditelnost“. Počasí se ale nepovedlo, viditelnost byla jen asi 15 km a ze zatažené oblohy i občas „skáplo“. Však už bylo na čase, aby přišla nějaká ta změna k horšímu, už se podezřele dlouho dařilo.

OK1AIY/p JO70SQ a OK1JHM/p JO70DP - 88 km
OK1UFL/p JO70SQ a OK1JHM/p jo70DP - 88 km
OK1UFL/p JO70SQ a OK1FPC/p JN79NU - 97 km ODX

OK1UFL zkoušel s OK1FPC, já s OK1JHM a OK1EM. Asi po třech hodinách se podařilo podle 47 GHz nasměrovat antény s OK1FPC a zároveň velmi slabě zachytit „HiPower“ od OK1JHM. Spojení proběhlo ve 12:30 až 13:00 UT jak s pomocí většího výkonu, tak i na samotný transvertor, ale jen telegraficky – SSB signál byl už nečitelný. Na 88 km je to zatím nejdelší uskutečněné spojení s nejmenším výkonem. Spojení OK1FPC s OK1UFL na 97 km je zatím nejdelší. Bylo ale třeba
na obou stranách nainstalovat paraboly Procom s průměrem 25 cm místo horny. Vyměněné reporty byly nakonec 599. Experimentování ještě pokračovalo s OK1EM, ale po pěti hodinách mrznutí už byli všichni „málo živí“ a protějšek přestal poslouchat „HiPower“ z naší strany. Byl nejvyšší čas ukončit pokusy – zatím nejhodnotnější. Kam až to půjde dál?

Poznámka OK1TEH: Další prodloužení rekordu následovalo během 2.subregionálního závodu 2008:

Použité zdroje:

Tropo šíření na 47 a 24 GHz. AMA magazín 3/1998

F4BUC: DUBUS 1/2007 http://www.ok2kkw.com/next/article_dubus_propag.pdf + source (tnx F4BUC)

http://www.cbjilemnice.com/index.php?page=76

http://www.ok2kkw.com/dxrecords.htm#76g

http://ok1em.blogspot.com

http://hamradio.pl/sp6kbl/klub/news.php

Se svolením Pavla, OK1AIY za použití jeho materiálů upravil pro web ok2kkw OK1TEH v roce 2009