EME okno OK1TEH (prosinec 2010 / leden 2011)

Vítám opět všechny čtenáře v novém čísle EME okna. Protože tentokrát přišlo trochu méně příspěvků, využiji vyhrazené tiskové místo a kromě vašich tradičních reportů se dnes dostaneme také k informacím více technického rázu a snad i k odpovědi na některé vaše časté dotazy.

Dnešní číslo otevírá příspěvek Jardy, OK1RD, který postupně proniká do tajů velmi krátkých vln:

Ahoj,
možná už nestihnu termín příspěvku, ale zkusím aspoň pár řádků. Provoz EME na 6timetru už vůbec není zajímavý, neboť jsem vyčerpal počet stanic, které by měly zájem o tento typ qso. Podařilo se mně pouze realizovat qso s CE1/K7CA což byly i nová zóna do 6m WAZu a dále qso s PY1KK. Nikoho dalšího jsem nepřesvědčil na SKED. Vážně zvažuji, jestli dál držet velký anténní systém 4x9el.

Zcela jiná situace je na 2m EME. Bohužel nově postavené antény 12x10el YU7EF z dílny OK5IM nechodí, jak jsem předpokládal, z důvodů na které jsem dosud nepřišel i za vstřícné pomoci HAMů znalých techniky a provozu na 2m EME. Přesto se mně podařilo uskutečnit spojení EME s 52 zeměmi DXCC a i když si na to nehraji, tak 132 init stanicemi za pouhých 7 týdnů provozu a splnit WAC v průběhu 41 dnů. [poznámka OK1TEH: a také první 2m QSO OK – FG4KH, congrats!] Důvodů proč antény nechodí jak by měly, může být několik a to od chyby v propojení antén (navzdory PSV 1,01) přes nepřesné zaměření Měsíce vlivem rotátoru PST71 až po zásadní ovlivnění antén na 2m anténami na 6m. Zima je však tak krutá, že vyřešení problému musí počkat na jaro. Zdravím všechny EME nadšence a společně s vámi se opravdu velmi těším na příchod anténní sezony.

73 Jarda, OK1RD

Dík za report a gratulace k pěkným úspěchům. Další krátký příspěvek poslal Karel, OK1DWF:

Ahoj Matěji,
testování koncového stupně a antény pokračovalo, zdá se že vše pracuje dobře. Zatím se povedlo asi 30 stanic, přišlo několik direct QSL, první od K9MRI. 28.12.2010 mě na moji výzvu zavolalo těsně za sebou 5 stanic, skoro jsem nestíhal. Pěkné spojení bylo s K6MYC. Zařízení zatím beze změn: Anténa 9el. DK7ZB bez předzesilovače, koncový stupeň dle OK1BAFs GU74 a BMT226.

Karel OK1DWF

Dík za pěkný příspěvek a congrats k dosaženým výsledkům. Po shlédnutí obrázku Karlova signálu s K6MYC připojuji poznámku, která se možná hodí i ostatním, nezapomínejte mít v WSJT zapnutou volbu AFC, v případě starších, méně kmitočtově stabilních transceiverů to výrazně zlepšuje dekódování. Citlivosti také výrazně pomůže snížení citlivosti nastavení Sync v hlavním okně na -2. Pro lepší přehled v okně SpecJT si v jeho levém horním rohu v Options zapněte „Mark T/R boundaries“ a přepněte jednotky stupnice na „JT65 DF axis“.

Dalším report poslal Jirka, OK2PMS:

Ahoj Matěji,
v uplynulém období prosinec a leden jsem pokračoval se získáváním zkušeností s EME provozem a navazováním dalších spojení. Po přelomu roku jsem dvakrát vyjel na EME QTH zkusit expedici FG4KH, ale ani jednou jsem nebyl s mým QRP úspěšný. V době, kdy jsem byl na pásmu, nebyly zrovna ideální podmínky. V současné době mám udělaných 94 initials QSO, rozšířil jsem počet WAS, ale stále jsem nebyl úspěšný s uděláním spojení do jižní Ameriky. V lednovém okně jsem zkoušel opět volat LU1HKO, ale zatím mě Fernando neslyšel.

Zajímavostí je stanice W5UWB, kde John používá pouze jednu YAGI anténu bez elevace. Nejedná se ovšem o nějakého drobečka, anténa má 21 prvků a je dlouhá 8WL - 16m! S touto anténou s kombinací ground gainu a 1,5kW produkoval u mě nádherný signál o úrovni -15dB [8dB SNR].

Na závěr seznam nových initů:

GW3XYW, UA4AQL, AA9MY, DH3YAK, W2DBL, S52LM, F9HS, UT6UG, NT0V, HA6NQ, DK5EW, OH4LA , F6FHP, TK5JJ, DM2BHG, W5UN, SM5CFS, W5UWB, GM6VXB, DL9MS, F8DO, DK5SO, SP4MPB, HB9Q, EB5GP, DC9YC, OH7HXH, G8RWG, ES3RF, RT4I, OY4TN, UA9YLU, PA3ECU, F8DGY, I2SVA, KI4TZ, RA7A, K0CIY, K6MYC, PA0JMV, HA8CE, UR3EE, W7MEM, EA3BB, DK3EE, W4AS, N0KE.

73! Jirka OK2PMS

Obrázek úrovně EME signálu Johna, W5UWB (u OK1TEH), který používá pro 2m EME 21el M2 s 16m dlouhým ráhnem a ziskem 17dBd bez možnosti elevace a je tak schopen pracovat pouze při východu měsíce. Osa X je dlouhá 1 hodinu a osa Y představuje úroveň signálů od -17 po -33dB (rozdílné barvy pak patří různým verzím WSJT, na který byl signál přijímán). Jak je vidět, i když má tato anténa při své délce celkem úzký diagram, na EME se dá slušně pracovat i bez nutnosti elevace pomocí postraních laloků antény, s krátkou 9el yagi při východu a západu měsíce pak až v délce 2 hodin.

Další report poslal Jirka, OK2POI:

Ahoj, doma jsem stále QRV na 2m jen s 8el.Yagi a 300W, tak zkouším spíše jen poslouchat. Když jsou dobré podmínky, Měsíc vysoko a soused nemá zaplou "plazmu", jsem schopen přijímat stanice, co mají čtyřče. Z nových značek jsem v lednu WKD OH7HXH a RA7A. Na 432 už to přibývá jen pomalu z nových initial jsem WKD jen EB5EEO, G4FUF a RW3WR.

73 Jiří OK2POI

Expedice FG4KH na ostrově Guadalupe. Antény byly 2x 10el DK7ZB Xpol, HL-500V PA a FT897D.

Reporty v tomto okně uzavírá tradiční příspěvek od Martina, OK1UGA:

Ahoj Matěji,
Na EME bylo opět živo, takže je o čem psát. Na konec prosince 2010 byla ohlášena expedice FG4KH. Na pásmu se poprvé objevil 29.12.2010 a hned první den udělal 43 QSO. Proto jsem druhý den vyrazil na EME QTH abych si ho taky udělal. Když jsem dorazil expedice už vysílala a byla docela slušně slyšet. Jako první ji udělal OK1RD a já na první zavolání hned po něm. Philippe předváděl pěkný expediční EME provoz a dělal jednu stanici za druhou. Bohužel jinak byla aktivita velmi nízká takže jsem kromě expedice neudělal žádné nové QSO.

Další expedice vyjela začátkem ledna. Šlo o expedici VK9NA na ostrov Norfolk. Moc jsem si toho nesliboval, protože měl jen jednu anténu a nějakých 300W výkonu. Navíc se před víkendem kdy jsem ho mohl udělat zhoršilo na Norfolku počasí - z Pacifiku se na ně hnal cyklon. V sobotu jsem na EME QTH vyjel zbytečně, VK9NA z důvodu silného větru musel sundat antény. V neděli dopoledne ale neočekávaně oznámil, že se vítr uklidnil a tak se na pásmu objeví. Skočil jsem tedy na kolo a odjel na QTH. Podmínky ale nebyly nic moc a rychle se měnily. Několikrát jsem sice VK9NA četl ale rychle to šlo do útlumu. Nakonec mi ale štěstí přece jen přálo a první QSO z OK na Norfolk island v pásmu 144MHz se podařilo.

Další týden měla být aktivní expedice FK/DL2NUD. Expedice měla začít vysílat v pondělí. Bohužel stejný cyklon zmíněný u předchozí expedici pozdržel jejich odlet o několik dní a po příjezdu na místo to trvalo další dny než dostali vybavení z celnice. Takže nakonec začali vysílat až v sobotu. Já se dostal na EME QTH taky v sobotu. Ihned po východu měsíce jsem využil Ground Gain našich antén a na první zavolání expedici udělal. Takže první QSO OK - Nová Kaledonie v pásmu 144MHz spadlo do klína mně. Ve špičce jsem je měl -15dB. A pak vypukl hotový "masakr" v jedné chvíli jsem napočítal až 27 stanic, které ho volaly. Nad ránem, když vyšel Měsíc nad Amerikou, byla velká aktivita amerických stanic. Američani měli ARRL contest v pásmu 144 a 432 MHz. A podle jejich podmínek závodu jsou EME QSO v závodě platná. Podařilo se mi udělat další americký stát do diplomu WAS, což byl pro mě nečekaný bonus. Podmínky byly výborné a krásně se dalo sledovat jak východ Měsíce pomalu přechází Amerikou a objevují se malé stanice bez elevace a využívají chvíle, kdy mohou využít Měsíc k vylepšení svého závodního skóre.

Na závěr výčet nových stanic: JG2AJK, VK3II, G0KSC, LZ3CQ, N7NW, FG4KH DXCC#115, RT4I, YO5PLD/P, VK9NA DXCC#116, UA0WBR, FK/DL2NUD DXCC#117, YL2OK init#700, W5ZN WAS#42, NR5M, LU1HKO, KC9ELU, KC2YUB, ZS1LS, K6JEY.

Martin. OK1UGA

Congrats Martine k pěkným spojením a hodně úspěchů při lovení dalších expedic. Nyní ještě pár slov k novinkám v logu u OK1TEH.

Na 2m přípravu na vylepšení anténního systému brzdí venkovní zimní počasí, takže jsem nadále QRV pouze s jednou 6 metrů dlouhou 10el DK7ZB. V prosinci potěšilo několik pěkných spojení s F5GHP, GM6VXB, DL2LAH, DK5LA, JR3REX. Velkou radost jsme měl s perfektního telegrafního spojení s Frankem, I2FAK, který jezdí s novou anténou 16x19el Y. V lednu jsem ve volném čase lovil nové americké státy, po několika probdělých nocích se mi podařilo QSO s K0CIY Oklahoma a W5ZN Arkansas. W5ZN přitom používá pouze 18el M2, takže po nějakém čase opět další spojení v kategorii 1Y – 1Y. Po spojení s vzácným Arkansasem mi chybí pro splnění 2m WASu s jednou anténou yagi již jen 12 států. Z dalších stanic: UA4HTS, RN6DJ, IZ0FWE a UA0WBR NO52. Slyšel jsem velmi pěkně expedici FK/DL2NUD, ale díky krátkému oknu a velkému pile-upu z Evropy jsem se nedovolal. Celkově tak moje EME score vyrostlo na 324 initials mix a 25 initials pro stanice dělané pouze telegraficky.

V pásmu 70cm na single 23el dk7zb se podařily spojení s EB5EEO #60, SV3AAF #61 a VK4CDI #62. Spojení s SV3AAF si vyžádalo velkou trpělivost, protože Petros měl nestabilní signál. I když jsem nastavil FT-847 na 1Hz krok a tak jsem manuálně signál dolaďoval pomoci nižšího průměru ve SpecJT, Petros tuto možnost neznal a tak nám trvalo až 1h, než se spojení podařilo protlačit přes funkci průměrování. Podobné to bylo i s Philem VK4CDI, protože při východu Měsíce mám při nízké elevaci značné rušení a šum z města. Když v Austrálii zapadá Měsíc, je v Praze teprve 18 stupňů nad obzorem... Náš šestý pokuse se tak povedl až 25.1, kdy Měsíc v OK vycházel až po půlnoci, takže poklesl lokální šum. QRB 15657km je po telegrafním QSO s VK3UM můj nový JT65 ODX.

Toliko tedy k dorazivším reportům. Informace o v době psaní tohoto článku ještě probíhající expedici FK/DL2NUD či C56EME nechám pro další číslo a nyní již k slíbeným informacím technického rázu.

2m EME – jak zlepšit příjem (v městském QTH)?

Když jsem před nedávnem radil Jardovi OK1RD s přechodem ze 160m na 2m EME a když jsme následně řešili problém s jeho ne příliš dobrým příjmem , bylo pro mě velmi přínosné připomenout si, jak někteří noví příchozí do světa EME chápou základní vlastnosti prvků jejich EME systémů počínaje anténami, předzesilovačem ale i „celkovou filosofií“. Protože některé velmi rozšířené chyby se už mezi širší EME komunitou staly téměř folklórem, nebude jistě na škodu se nad některými trochu zamyslet. Doufám, že alespoň některé poznatky budou pro vás nové a podaří se vám tímto mini-článkem zlepšit některé parametry vašich EME systémů, zvláště pak, pokud již za sebou máte zkušenost prvních několik EME QSO s jednou anténou a přemýšlíte, co dál.

Anténa – je tu prostor pro zlepšení?

Jak už jsem v minulosti několikrát psal, nejlepším zesilovačem je dobrá anténa a v případě EME, tedy v případě příjmu velmi slabých signálů na hranici šumu to platí víc než kde jinde. Pro první EME testy stačí téměř jakýkoli typ yagi antény používaný pro tropo, pokud ale přemýšlíte o výstavbě nějakého EME systému, jakým je například čtyřče, je dobré zamyslet se nad některými faktory.

První z těch hodně důležitý je umístění antény. Jak je celkem všeobecně známo z teorie, anténa umístěná v konečné výšce nad zemí vykazuje ve vertikální rovině zcela odlišný vyzařovací diagram oproti naměřenému diagramu téže antény ve volném prostoru. Je typické, že celkem hladký hlavní lalok se rozštěpí na řadu úzkých laloků, oddělených ostrými minimy, přičemž max. vyzařování nastává pod jistým úhlem a pod nulovým elevačním úhlem anténa prakticky nevyzařuje. Proto v první řadě je nutné anténu umístit v dostatečné výšce nad zemi. Jaká by měla být? Často se uvádí jednoduchá pomůcka, že alespoň taková, jaká je délka ráhna.

Dalším velmi důležitým faktorem je otázka toho, jak je anténa schopná se vypořádat se šumem. Anténa namířená na oblast oblohy vykazující určitou šumovou teplotu se chová jako zdroj šumu o této teplotě. Šumová teplota antény se označuje Ta a je daná i příjmem šumu nejen v přímém směru, ale i mírou příjmu šumu z postranních laloků. Šum, který anténa přijímá, je složen z šumů všech objektů s teplotou vyšší než je absolutní nula (neboli minus 273,16°C. Je to jak součin šumů galaktického pozadí oblohy, tak i šum země, stromů atd. Hodnotu šumové teploty antény lze tedy změnit buď přestěhováním stanice mimo město na nějakou samotu, kde není příliš problém s termickým šumem okolí, vhodným designem antény, nebo změnou řazení antény (stacking) do soustavy. Tady je třeba upozornit na často mylnou představu, že předzesilovač (LNA) dokáže zlepšit svým nízkým šumovým číslem poměr signál šum (SNR). Poměr signál šum na výstupu z antény je nejlepší, jakého můžeme dosáhnout! Jakýkoli další zesilovač za anténou, který nemá teplotu absolutní nuly pouze zhorší svým šumem poměr SNR. Hodnota šumového čísla LNA, či vstupu RXu tedy vlastně jen udává, jak se šum předzesilovače, či přijímače bude přičítat k úrovni šumového pozadí na svorkách antény a jak to ovlivní celkový šum přijímací soustavy. Pokud tedy chceme zlepšit poměr signál šum, je v první řadě důležité snížit šumovou teplotu antény a teprve potom dalších jednotlivých prvků přijímací soustavy.

V případě použití antény v závodě či v odlehlém QTH bez místního rušení je proto problém s šumy méně podstatný a lze pak použít například design antény podle DK7ZB, u kterého se v první řadě hledí při zachování stejného rozměru ráhna na dosažení co největšího zisku. S takovou anténou pak například perfektně poslouchají EME stanice umístěné v ruských či finských tundrách, či v hlubokém údolí. Zcela jiná situace nastává, pokud chceme jezdit EME z městské zástavby, kde není problém jenom v rušení od plazmových televizí, ale jde o čistě problém termického šumu, který způsobuje vyzařování spousty teplých objektů (a to nemluvím o šumových "netermických" příspěvcích od různých elektronických zdrojů, jako jsou například ty pověstné plazmové televize u sousedů, čínské spínané zdroje a podobně).

Jaký design antény tedy zvolit, pokuď jsme stanicí, která pracuje na EME z městské zástavby s cílem co nejvíce potlačit postranní laloky antény, které by nám svým nízkým potlačením ve vertikální rovině sbíraly značný šum i při vyšší elevaci? Jedna z možností je vyprojektovat si takovou anténu sami v nějakém anténním softwaru, jakým je například NEC4 nebo Mannu. V tomto softwaru je možné velmi názorně namodelovat vyřazovací charakteristiky každé antény. Informace o tomto programu včetně odkazů najdete například na Wikipedii: en.wikipedia.org/wiki/Numerical_Electromagnetics_Code. Protože jedním z hlavních antenářských pravd je, že zisk yagi antény je úměrný délce jejího rahna, modeluje se většinou tak, že nejdříve se anténa namodeluje pro maximální zisk a pak se modifikací vzdáleností zpravidla kolem zářiče snaží dosáhnou vylepšení dalších parametrů. Jedním z těch, kdo si takto antény vymodelovali, je například G0KSC a informaci o jeho nízkošumové OWL anténě najdete zde http://www.g0ksc.co.uk. Ne všichni ale máme zkušeností s používáním takového softwaru a tak je jistě účelnější „šáhnout“ po odzkoušeném řešení. V boji za co nejvhodnější anténou pro EME, která by sbírala co nejméně šumu je pak asi nejlepší použít design podle YU7EF. Design YU7EF je opravdu světovou špičkou a doporučuji si přečíst jeho obsáhlý článek napsaný pro Dubus na webu: yu7ef.com/ef0210lt_dubus.htm. Při stavbě antény je pak třeba upozornit kromě problému s dodržením přesných rozměrů na méně, než 1 mm také s materiálem použitým na izolátory. Podle zkušeností našich stanic je asi nejhorší možností použít hmotu s obchodním jménem „Silamid“, která i když nezhorší PSV antény, způsobí, že anténa nebude správně poslouchat. Pokud je možné, použijte alespoň pro konstrukci zářiče teflon, polyetylén, polypropylén, či jiný osvědčený materiál. Nejjednodušší je pak koupit izolátory k prvkům od firmy Konni, doporučené i přímo od DK7ZB: http://www.konni-antennen.de/html/ersatzteile.html Izolátory jsou z polyamidu pod názvem Elementhalter a stačí je koupit v kolonce „nur Unterteil“ za 0,45 Euro. Jinak lze také použít izolátory udělané z plastových vodovodních trubek, ale ty nevydrží dlouhou na Slunci a po půl roce vlivem ÚV popraskají. Pokud se budete rozhodovat, zda je lepší udělat anténu se skládaným dipólem, elektricky bude anténa chodit stejně dobře jako s jednoduchým dipólem, problém je ale s mechanikou, zvláště při dlouhodobější instalaci.

Kde ale koupit anténu v hotovém provedení? Jedna z možností je koupit jí u OK5IM. Z osobních zkušeností u nás v klubu můžu říci, že tyto antény chodí celkem dobře, mají ale menší nevýhodu v tom, že bývá potřebné ověřit, či případně následně upravit přizpůsobení u zářiče. Další možnost je koupit antény u I0JXX nebo u firmy Wimo. Pokud se týká produktů firmy M2, elektricky antény chodí celkem dobře, jsou ale značně drahé, mechanicky nemají příliš povedené provedení zářiče a pokud si na takový zářič sedne v zimě například 1kg vrána, může snadno dojít k jeho destrukci. Problém, kde sehnat dobře udělanou nízkošumovou anténu vhodnou pro stálou instalaci není jednoduchý, takže jsem oslovil Reného, PE1L, který často experimentoval s několika druhy antén během svých známých EME expedic (3B4EME, 5Z4EME, atd). Nejdřív prý používali antény Wimo, následně home-made podle DK7ZB a v současné době začali používat 8el cross-pol yagi od I0JXX, zvláště pak z důvodu hmotnosti a skladnosti při přepravě. Pro dlouhodo-bou instalaci pak René doporučuje antény od DF7KF. Jedna cross-pol 14el DF7KF s 10,52m dlouhým ráhnem (tedy vlastně dvě 14el yagi posa-zené k sobě o 90 stupňů) se ziskem 15dBd výjde na 400 Euro tedy asi 10 000 Kč, což je myslím s ohledem na složitost docela solidní cena. Více na webu: http://www.df7kf.de/144x28/Flyer-144X28.pdf

Nyní ještě pár slov k řazení antén, nejčastěji v konfiguraci 4x 9el DK7ZB či 4x 10el YU7EF. Anténa by měla být přichycena k trubce tak, aby ta netvořila další prvek. Správně by proto mělo být přichycení kolmé na rovinu prvků, nestačí ovšem uchytit anténu pouze několik cm pod úrovní, je třeba myslet na všechny vodivé mechanické díly, které se nacházejí ve vzdálenostech souměřitelných k vlnové délce. V případě použití cross-pol je pak nutné takovou anténu přichytit v háčku přes sklolaminátovou, nikoli kovovou trubku. Vzdálenosti antén v čtyřčeti se vyčtou z tabulky, kterou sestavil VE7BQH ve svých známých tabulkách - například zde: http://www.mydarc.de/dk7zb/ve7bqh.htm. Pro připomenutí, čím jsou antény ve čtyřčeti od sebe dál, tím větší má anténa zisk, ovšem má to za následek vznik výrazných postranních laloků. Pokud naopak antény dáme poněkud blíž sobě, než je doporučená vzdálenost, výrazně potlačíme boční laloky, ale klesne o cca 1dB celkový zisk. Zmenšení horizontální vzdálenosti má za následek větší potlačení nežádoucích laloků anténního diagramu v horizontální rovině, zmenšení vertikální vzdálenosti pak analogicky v rovině vertikální. Jak je tedy zřejmé, pokud chceme co nejvíce snížit šum a tím zlepšit EME RX ve městě, je vhodné použít nejen nízkošumovou anténu - například podle YU7EF, ale také antény ve čtyřčeti zařadit s trochu menšími roztečí. Jak to bude konkrétně vypadat číselně? Pokud použijeme ve čtyřčeti 10el yagi YU7EF podle rozměrů rozteče v tabulce VE7BQH tedy H3m x V2,8m, bude šumová teplota antény Ta = 224 K. První postraní lalok bude potlačen o asi 12dB. Pokud ale rozteče zmenšíme na H 2,5m x V2,4m, sice snížíme zisk asi o 0,6dB, šumová teplota se ale sníží o 14 K a potlačení prvního bočního laloku vzroste až o 6dB tedy 4x. Bez znalosti problému šumu pak můžete počítat, že čtyřče stejně dlouhých antén typu 9el DK7ZB má papírově sice zisk o zhruba 1,4dB větší, pokud ale bydlíte v městském QTH, ve skutečnosti si ve výsledném srovnání RX velmi výrazně polepšíte.

Jak správně sloučit antény pro čtyřče a osmerče tak, abychom se vyvarovali zbytečných chyb, je patrné z následujících obrázků:

Napáječový rozvod pro systém se 4 anténami                                              Napáječový rozvod pro systém s 8 anténami

Protože je důležité, aby všechny základní stavební jednotky soustav pracovaly se shodnou fází a nedošlo ke štěpení vyzařovacího diagramu, jsou u dipólů znaménky „+" a „-" označena připojení středních vodičů a opletení koaxiálního kabelů. Na pravém obrázku je jedna výjimka, a sice, že čtvrtvlnný transformátor s výslednou impedancí 37,5 Ω mezi napáječem a začátkem napáječového rozvodu je z paralelní dvojice kabelů s impedancí 75 Ω. Ještě je nutné poznamenat, že opakující se díly rozvodu musejí být zcela shodné včetně délky. Více nejen o řazení antén se dozvíte v článku Jindry, OK1VR zde: http://www.ok2kkw.com/next/ok1vr_1963.htm či zde http://www.ok2kkw.com/next/ok1vr_yagi1962.htm

Jak zjistit, že máte problém se šumem? Nejlepší srovnání je použít VK3UM kalkulátor, který naleznete na webu http://www.vk3um.com, spočítáte si, kolik byste měli přijímat šum Slunce a následně zkusíte srovnat se skutečnou naměřenou hodnotou. Jak postupovat? Všechno potřebné k změření šumu Slunce najdete na webu DJ3JJ: http://www.do9bc.de/dj3jj/rx-performance.htm. Pro rychlou nápovědu, zdali je ve vašem QTH přemíra šumu lze také změřit rozdíl na S-metru mezi hladinou šumu v nízké a vysoké elevaci, je ale třeba toto měření uskutečnit vícekrát v různých směrech, protože šum z horizontu nepřichází rovnoměrně. Pokud tedy například na své 10el DK7ZB nebude rozdíl šumu mezi 0 až 50 stupni elevace větší než 1S, máte štěstí, protože žijete v „klidném QTH“. V Praze tento rozdíl činí až 5 S tedy cca 30dB! Protože šumovou teplotu antény si můžeme před-stavit i jako ekvivalentní šum ohřátého 50 Ohm rezistoru, můžeme připojit místo antény zátěž a podívat se, jestli šum klesne, nebo stoupne. V klidném QTH – ideálním pro EME bude takový odpor šumět více, než anténa, v městském pro-středí pak výrazně méně. Rozdíl v RXu EME signálů mezi klidným venkovským QTH a například Prahou činní při stejném typu jedné antény díky okolnímu šumu i 6dB!

Po omezení šumu přichází na řadu LNA

Čím více zredukujeme šum přicházející od antény, ať již změnou „čistšího“ QTH či lepšího anténního systému, tím větší má význam, se následně zabývat šumovým číslem vašeho nízkošumového před-zesilovače. Abychom ale nestříleli od boku, nejlepší bude si celý problém postupně rozebrat a ukázat na konkrétních číslech změny poměrů signál / šum (SNR).

Jak už jsem si v předchozí části uvedl, žádný byť sebelepší předzesilovač nezlepší poměr SNR. Ten je na anténním konektoru nejlepší, jaký můžeme dosáhnout. Jakýkoliv další šum přidaný zesilovačem pouze zhorší SNR, takže se snažíme tento přírůstek šumu co nejvíce minimalizovat. Šum pozadní antény určuje limity SNR a může být vyjádřen v dB nebo lépe ekvivalentní teplotou v Kelvinech, což se hodí při následujících výpočtech úrovní SNR. Stejně tak je možné popsat signál v Kelvinech jako šumový výkon. Pokud transformujeme poměr signál šum do jednotek šumového výkonu, za předzesilovačem dostaneme výsledný SNR podle rovnice:

SNR = signál . G /  (šum pozadí + šum LNA) . G

Ve vzorci můžeme na 2m zanedbat šum vzniklý na konektorech a pro jednoduchost předpokládejme, že šum vedení mezi anténou a LNA je zanedbatelný. Zesílení G je bráno jako bezšumové, protože na příspěvek šumu LNA můžeme hledět jako na dodatečný šumový generátor, připojený na vstup bez-šumového LNA. Protože počítáme s provozem EME v pásmu 2m a modulací JT65, je pro výpočet použita šířka pásma 2,4 kHz. Vzorec pro šumový výkon je dán známým vztahem:

P_n = k . T . B

Kde P_n = šumový výkon [W]
k = Boltzmanova konstanta 1,38 . 10 -23 [J . K^-1]
B = šířka pásma [Hz]

Například velmi silný signál na úrovni -130 dBm odpovídá 1 . 10^-16 W. Po dosazení do předchozí rovnice dostaneme virtuální šumovou teplotu tohoto užitečného signálu T = 3019 K (vycházíme z předpokladu, že jde o šum, který je rovnoměrně rozložen přes celou šířku pásma 2,4 kHz). Dále pro výpočet přepokládejme šumové číslo předzesilovače 0,8dB, což odpovídá šumové teplotě 59 K.

Pokud tedy je anténa v ideálním QTH a šumí nám prakticky jen galaktické pozadí (v WSJT je to hodnota Tsky) a navíc přepokládáme, že anténa směruje do šumově nejčistší části oblohy (tedy co nejdál od středu naší galaxie v souhvězdí Střelce), bude šumová teplota antény jen kolem 200 K. V případě městského QTH je šumové pozadí již 10x větší a šum pozadí může stoupnout i na 2000K. Pro výpočet výsledného SNR není míra zesílení LNA podstatná, protože je stejně zesílen jak signál, tak šum. Pokud tedy posuzujeme vliv předzesilovače na finální SNR, jeho zisk můžeme teoreticky zanedbat.

Nyní pokud dosadíme předchozí čísla do rovnice, vyjde nám, že SNR na svorkách antény v klidném QTH je 3019K / 200K = 15,095. Nezapomeneme převést na dB >> log (15,095) x 10 = 11,8dB, pro teplotu 2000 K je SNR pouze 1,8dB.

Pokud ale budeme počítat s příspěvkem předzesilovače, vyjde nám pro teplotu pozadí 200 K hodnota 3019 / (200 + 59) = 11,656 >> log x10 což je 10.7 dB. V případě města s 2000K pak 1,7 dB.

V případě, že zlepšíme šumové číslo předzesilovače z 0,8 dB (59K) na 0,3 dB (21 K) a máme na 2m superčisté QTH s teplotou antény 200K, zlepší se odstup signálu šum o 0,7dB. Pokud ovšem stejnou změnu provedeme v případě, že je QTH ve městě a teplota šumu je 2000K, zlepšíme odstup signál šum pouze o 0,04 dB!! V Praze je ovšem šumová teplota pozadí odhadem ještě 2x větší, než uvedených střízlivých 2000 K a EME provoz je tu tedy mimořádně komplikovaný.

Nezadržitelně se tedy vkrádá otázka, je vůbec účelné ve městě použít předzesilovač ?? Představme si situaci, že máme transceiver na 2m s šumovým číslem 2,5 dB (226K) a šum pozadí je 4000 K. Pomůže nám nějaký super zázračný LNA s šumovým číslem 0,2dB (14K)? Odpověď zní, že pokud máme krátký kabel mezi anténou a LNA tak si rozhodně nepomůžeme, na signálu si polepšíme pouze o 0,2dB!

Někteří čtenáři si řeknou, co že je to za hloupost, když přece od našich EME expertů neustále slyšíme, jak je hrozně důležité používat co nejlepší předzesilovač?? Všechna výše uvedená nízká čísla SNR jsou způsobena především vysokou hodnotou šumu, který anténa ve velkém městě sbírá. 4000 K je extrémní hodnota v případě, že anténa směruje do centra města a je v nulové elevaci. Pokud ale použijeme vyšší elevaci a nízkošumovou anténu s maximálně potlačenými bočnímu laloky, situace se hned změní. Ještě větší rozdíl je v podílu galaktického šumu na kmitočet. Na 2m je šum oblohy kolem 200 K, na 70cm ovšem pouze 10K.

Jaký tedy bude vliv na změnu šumového čísla předzesilovače na 70cm, pokud k anténě umístíme místo předzesilovače s šumovým číslem 0,8dB ten se šumovým číslem 0,3dB a QTH je opět na klidném venkově, jako například u OK2POI? Když budeme počítat šumovou teplotu oblohy a opět zanedbáme ztráty na koaxiálním relé a vůbec na úseku anténa – LNA, pak zlepšení bude značné 19, 9 - 16,4 = tedy až + 3,5dB!! Na rozdíl od zašumělého 2m ve městě je tedy zde zcela klíčové, aby byl předzesilovač co nejblíže svorkám antény!

A jaké by z toho mělo plynout ponaučení?

Na 2m nemá smysl i při velmi dobré nízkošumové anténě používat předzesilovače stavěné za jediným cílem a to co nejlepším šumovým číslem, klidně vyhoví i předzesilovač s šumovým číslem kolem 0,8dB. Důležité na 2m je u předzesilovače používaného ve městě úzký laděný vstup zabraňující přetížení předzesilovače mimopásmovými signály z různých vysílačů, lepší je menší zisk kolem 18dB a tím i vyšší celková intermodulační odolnost, dobré vstupní PSV a vysoká odolnost proti statickým výbojům (panuje například často živená legenda, že tranzistory ATF-5143 jsou velmi citlivé na statiku, je to ovšem dané čistě způsobem zapojení vstupu LNA). Pokud máte QTH blízko nějakému vysílači, je vhodné použít místo GaAsfetů tranzistory Hemt s vyšším IP3. Klasickým špatným příkladem jsou předzesilovače třídy „Super Low Noise“, které mají v důsledku svého designu, zaměřeného na nejnižší šumové čísla velice širokopásmový vstup, takže jakýkoli vysílač v okolí dokáže EME příjem s použitím tohoto LNA zcela znemožnit. Dalším případem, o které by se dalo psát celé odstavce, jsou dvojstupňové předzesilovače, tedy anglicky 2-stages. Pokud takový zesilovač zapojíte ve městě, je celkem jisté, že díky své nízké výsledné intermodulační odolnosti bude pro EME účely nepoužitelný.

Složitější otázka je, kde si dobrý předzesilovač tedy koupit. Zde pomůže spíš zkušený známý, které nechá vyrobit několik desítek destiček a rozešle je mezi známé. Dobrá správa je, že měřiče šumového čísla rostou v OK jako houby po dešti, takže každý si může změřit šumové číslo téměř na každém větším EME setkání. Nějaké informace o běžných předzesilovačích s ATF54143 se dozvíte například zde http://www.ok2kkw.com/00003016/lna_oz1pif/lna_oz1pif.htm a článek například o smyslu použité LNA s vysokým IP3 http://www.ok2kkw.com/00003016/lna/lna_ip.htm a ochrany LNA: http://www.ok2kkw.com/00003016/lna/lna_ochrana.htm. Jak správně zapojit LNA s koaxiálním relé k vaší anténě se pak dozvíte zde: http://www.ok2kkw.com/00003016/sequencer/trx_pa_lna.htm.

Závěr

V boji s různými šumy by se dalo pokračovat samostatnou kapitolou věnovanou různým druhům rušení a jejich odstraňováním, ale toto si necháme zase na někdy příště.

Na slyšenou od Měsíce se těší

Matěj, OK1TEH – ok1teh@seznam.cz    

Napsáno pro Radiožurnál SZR 1/2011.

Většinu starších "EME oken" OK1TEH, napsaných pro RŽ, si můžete přečíst tady.