|
EME okno OK1TEH (červenec / září 2011) Vážení
čtenáři, po delší době vás opět vítám u pravidelného vydaní EME okna.
Tentokrát se musím omluvit neb nezbývá příliš času a tak tentokrát posilám
EME okno pouze ve stručné podobě. Takže k vašim příspěvkům.. Počátkem června jsem se dokopal k instalaci čidel pro AZ/EL k anténám. Používám systém podle OK2TPQ. Takže antény se nám konečně za měsícem točí samy. V sobotu 4.6 jsem testoval kompatibilitu instalovaného zařízení s používaným výkonem když se na pásmu objevil W1JJ. Byl slabý ale bez problémů jsem ho dekódoval. A byl z toho nový stát do WASu. Mick nemá elevaci, takže jsem měl kliku, že jsem byl ve správnou chvíli na správném místě :-). Pak jsem si v klidu a pohodě udělal ještě několik dalších nových EME QSO. O víkendu 11/12.6 byl VHF závod v Americe. Očekával jsem, že se mi zase podaří udělat pár QSO. Bohužel byly velmi divné podmínky. K1JT kterého normálně slyším za -20 jsem měl -28. Ale vzápětí mě zavolal CX5IC s jednou anténou a 100W a měl jsem ho -26. Bohužel žádný nový Američan se neobjevil. 25.6 se na pásmu objevila očekávaná expedice PJ7EME. Jako první z OK je dělal Slávek OK1CU. Já se na EME QTH dostal až kolem poledne. Slyšel jsem ho -20 ale přesně ve chvíli kdy mi naskočil PA se PJ7EME rozloučil, že se musí jít vyspat. Takže jsem měl smůlu. Druhý den ale byl na pásmu znovu a bez problémů jsem se dovolal. Pro Slávka tato expedice znamenalo 100 zemi do DXCC. Na další týden byly hlášeny expedice CR2EME a V31JA. CR2EME vyjel již ve čtvrtek, ale Slávkovi se je kvůli technickým problémům následovanými havárií PC nepodařilo udělat. V sobotu jsem opravil PC a Expedici se mi povedlo bez problémů na první zavolání udělat. Pak jsem mobilem zalarmoval Slávka který si je přijel udělat taky. Potom jsem čekal až se objeví V31JA. Bohužel jsem měl smůlu a tato expedice mi utekla. Jako obvykle jsem si vzal dovolenou na Perseidy. Bohužel pro EME byly takřka celou dobu mého pobytu špatné až extrémně špatné podmínky, takže jsem udělal jen několik běžných QSO. Perseidy nebyly o mnoho lepší, takže jsem byl letos dost zklamaný. Další příležitost nastala 17.9.2011. Byla ohlášená expedice 7P8EME. Jako první z OK je udělal po několikahodinovém boji Slávek OK1CU. Já se na EME QTH dostal další den. Bohužel se po východu měsíce nad 7P8 expedice neobjevila a brzy jsme se začali dozvídat jobovky. Expedice měla technické problémy. Během čekání se ale překvapivě Objevil Vašek OK1VVT jako OX4OK. Jeho Expedice měla začít až o dva dny později. Proto to bylo milé překvapení. A ještě lepší bylo, že mě vzal na první zavolání a první QSO z OK do OX bylo v kapse. Bohužel technické problémy 7P8EME pokračovaly a tak jsem nakonec šel na chvilku spát. Když jsem se probudil Expedice stále nevysílala ale asi po 20ti minutách se jim zařízení konečně podařilo opravit a dali CQ. Protože jsem poslouchal na jejich kmitočtu a okamžitě jsem zavolal vzali mě na první zavolání a další země byla v logu. To je prozatím vše.
Následuje výpis QSO: Nazdar Matěji, od minule jsem opět vyměnil antény. Po třech měsících EME provozu s horizontálním čtyřčetem 4x9 el. jsem pociťoval potřebu možnosti přepínat polaritu. Na webu Johana PA3FPQ jsem objevil x-yagi upravenou Jurgenem PE1LWT ze standardní DK7ZB na úzkopásmovější pro EME část dvoumetrového pásma. Líbily se mně pro malou váhu a malý odpor větru, abych příliš nepřetížil EL Yaesu G550 rotátor. Než jsem se pustil do výroby, ještě jsem konzultoval s Jurgenem, zda samonosný boom o průměru 30mm se nebude příliš prohýbat. Ujistil mne, že ne i při použití normálního hliníku, ne leteckého duralu. Asi mají v Holandsku materiál lepší. Po svrtání čtyř boomů v přípravku s olovnicí a instalaci prvků jsem slavnostně všechny čtyři anteny namontoval na H-rám, s vetikálními laminátovými trubkami 40x4 mm. Byl jsem velice rozčarován jednak průhybem boomů zatížením dvojitými Aircell 7 kabely a za druhé průhybem laminátových trubek vahou anten ve vyšších elevacích. Praktické výsledky nevalné, přes velice slušné PSV 1:1,2 na 144,1 MHz na obou polaritách.
Nová anténa cross yagi OK1IL pro 2m EME Než jsem se pustil do dalších aktivit, koupil jsem EZNEC 5 a začal jsem vzniklý stav modelovat. Informace byly otřesné. Jak průhyb boomu už 2 stupně mezi zadní a přední částí, rozdělenou nosným křížovým kloubem, tak rozdíl elevací mezi dolním a horním párem 5 stupňů, vlivem průhybu laminátových trubek, mají naprosto katastrofální dopady na vyzařovací charakteristiky. Zejména už malá odchylka rovnoběžnosti boomů degraduje zisk a tvar vyzařovací charakteristiky významně. PSV přitom zůstává stále špičkový! Je to zřejmě strmou změnou fáze v závislosti na směrování jednotlivých antén. Výsledkem bylo kompletní překonstruování, které je na fotce. Vertikální nosné trubky ocelové až těsně ke koncům vertikálních elementů, opět modelováno v EZNECu, kam až se dá jít kovovým stožárem do vertikálních prvků, aniž by se vyzařovací charakteristika degradovala. Pro dodržení konvergence dolního a horního patra použity rozpěry z tenkostěnných laminátových trubek od Spiderbeamu. Výsledek je potěšitelný. Vyřešil jsem i CMOS sequencer pro blokován přepínání H/V od PTT. Udělal jsem QSO se čtyřmi expedicemi z poslední doby CR2EME, PJ7EME, 7P8EME a OX4OK a počet initů od března se blíží stovce. 73 Ivan OK1IL Poslední dorazivší příspěvek přišel od Jirky, OK2PMS: Ahoj Matěji, za poslední 4 měsíce jsem zrovna moc EME aktivitou nehýřil. Od května jsem měl delší pauzu až do začátku července, kdy jsem se po návratu z rodinné dovolené ihned mínil polepšit a zastihnout poslední dny provozu expedice na Azory CR2EME. Asi po 20-ti minutách se spojení podařilo a je již potvrzeno moc pěkným QSL lístkem. K tomu jsem přidal ještě pár initiálů z Evropy a to bylo v podstatě za celé prázdniny vše. Na přelomu srpna a září jsem udělal dalších 10 nových stanic a konečně jsem protnul hranici 400 čtverců na 2m. Konec září byl ve znamení expedic 7P8EME a OX4OK. Na EME jsem se dostal až ke konci obou expedic. Hodně jsm stál o spojení s Grónskem a tak jsem si s Vaškem OK1VVT (jenž provozoval EME za OX4OK) domluvil několik skedů. Ale nakonec všechno bylo trochu jinak. Jeden sked nevyšel Vaškovi, jeden mě a tak zbyl poslední sked na poslední den. Ale to moc dobré podmínky nebyly a tak k mému velkému smutku budu muset na Grónsko počkat do nějakého příště. Vzal jasem tedy zavděk alespoň spojeními na KV během CQ WW RTTY, jenž Vaškovi způsobovalo QRM při příjmu. Úplně opačná situace byla se spojením s 7P8EME. Expedice byla aktivní na čtyřech pásmech a zvláště na 2m s dobrou výbavou. To co se mi podařilo se mi určitě zase dlouho nepodaří – spojení jsem udělal na první zavolání! Takže spojení do vzácné země potěšilo a je u mě s pořadovým číslem 67.
Na závěr seznam nových stanic: 73! Jirka OK2PMS Díky Jirko za příspěvek a congrats!
Antény EME expedice Lesotho 7P8EME - 6m: 6el G0NFA, 2m: 4x 10el XP yagi, 70cm: 4x 22el XP K1FO, 23cm: 59el yagi
A co se dělo u OK1TEH? Na 2m jsem byl QRV asi po 4 měsících a tak se povedly nějaký ty další initials: RG50K, N9XG, UR7GO, DK5LA, UA4LCF, BD4SY a zároveň 92 DXCC, UR3UB, OE3FVU, OH8MGK a po několika dnech zkoušení také expedice 7P8EME, což je má již 93. DXCC z Prahy na jednu 10el DK7ZB s 6m ráhnem. Signál 7P8 byl ve špičce až -25dB, bohužel jim odešel PA na 432 MHz. Když je řeč o 70cm, povedly se nové spojení s EA5CJ a PY2BS. Bruce je aktivní na 70cm pod značkou PY1KK, tentokrát ale vyjel přímo z domácího QTH v São Paulo s 4,6m parabolou a produkoval na mojí single 23el DK7ZB velmi solidní signál. Pokud vám tedy chybí Jižní Amerika pro 70cm WAC, máte dobrou příležitost, se čtyřčetem je Bruce dělitelný i CW. A to je již tentokrát opravdu vše.. Na nové reporty a případné EME QSO se těší Matěj,
OK1TEH – ok1teh@seznam.cz 2m EME – jak zlepšit příjem (v městském QTH)?
3.díl
- Proč nelze na 2m EME zaručit 100% předvídatelnost uskutečnění QSO? V
předešlých článcích na téma zlepšení příjmu 2m EME jsme se zabývali
především šumem a jak najít a odstranit různé druhy rušení. Po četných
dotazech jsem se tentokrát rozhodl věnovat tento článek problémům s
příjmem způsobených změnou polarizační roviny signálu.
Problém, jak již zřejmě tušíte, nebyl ve
špatném zařízení, ale v nepochopení zákonitostí typických pro šíření EME,
v tomto případě fenoménu zvaného Faradayova rotace. Jeden z hlavních
problémů s příjmem EME signálů na spodních VKV pásmech, kde se používá
lineární polarizace je totiž právě záležitost správné polarizace
elektromagnetické vlny. Pokud totiž polarizace el. mag. vlny nesouhlasí s
polarizací naší antény, ale je stočená o určitý úhel, dochází k přídavnému
útlumu, který v případě, že je polarizační rovina antény k vlně kolmá, v
maximu činí až přes 25dB (což je mimochodem pěkně vidět na přiloženém
obrázku). Jaké jevy tedy ovlivňují při šíření EME stáčení polarizační
roviny elektromagnetické vlny? Prostorová polarizace: Prvním problémem je prostorová polarizace, kdy již jen (téměř, hi) kulatý tvar Země způsobuje, že například signál vyslaný v horizontální rovině z Evropy do Ameriky je stočený zhruba o 90 stupňů. Je to mimochodem stejný jev, jako když pojedete na dovolenou například někam do Indického oceánu a srpek Měsíce bude na rozdíl od Střední Evropy zdánlivě ležet se špičatými okraji nahoru. Antény a tedy i prostorová polarizace tedy bude stejná za předpokladu, že obě stanice (se stejně polarizovanými anténami) leží relativně nedaleko od sebe - zhruba v QRB okolo 1000km anebo na opačné straně Země (ZL, VK). O kolik bude tato prostorová polarizace stočená lze velmi snadno vypočítat, ve WSJT tuto hodnotu stočení polarizace najdete pod zkratkou Dpol. Na mikrovlnných pásmech, kde se již neuplatňuje vliv ionosféry a jezdí se například na 24 GHz s lineární polarizací (na VKV "středobandech se používá většinou kruhová polariace"), je podle tohoto výpočtu možno celkem přesně otočit ozařovač paraboly. Pokud použijete kruhovou polarizaci, podobné problémy se stočenou polarizací se sice zdají být teoreticky vyřešené, ale ve skutečnosti ne tak zcela, protože pravotočivě polarizované radiová vlně při odrazu od povrchu Měsíce změní smysl rotace a na Zem tak přichází radiová vlna polarizovaná levotočivě. Navíc obě stanice musí používat kruhovou polarizaci, jinak při pokusu o QSO se stanicí, která použije polarizací lineární dojde ke ztrátě až 3dB. Což je vlastně i hlavní důvod, proč dnes řada stanic na "středobandech" používá 2 ozařovače, jeden pro kruhovou a druhý pro lineární polarizaci. V posledních letech totiž po rozšíření WSJT je možné dělat například na 23cm i malé QRPP stanice s malou tropo anténou a lineární polarizací a tak je každý dB důležitý. Na nižších pásmech se ale kromě prostorového stáčení polarizace podílí na změně polarizační roviny signálu také hodně nevyzpytatelná ionizovaná vrstva atmosféry (ionosféra) v interakci s magnetickým polem Země a tím se dostáváme k jevu známému coby: Faradayova rotace:
Fyzikální popis Faradayovi rotace v našem případě pro šíření EME je tento: Jestliže se lineárně polarizovaná vlna šíří ionosférou, stáčí se vektor elektrické složky o úhel
kde f je frekvence signálu [Hz], N je počet elektronů v m3, B je magnetické pole Země Wb/m2, θB je úhel mezi magnetickým polem a směrem šíření vlny a diferenciál dl je délkový element ionizované vrstvy. Součin B cos θB představuje složku magnetické indukce ve směru šíření vlny a v jednotlivých případech jej můžeme považovat za konstantu. Integrál
je celkový obsah elektronů v jednotce plochy (Total Electron Content). Ve vertikálním řezu ionosférou (v zenitu) se TEC mění mezi 1016 až 1018 elektronů na m2 s denním maximem. Faradayova rotace tedy závisí nepřímo úměrně na čtverci frekvence [2]. (Více viz: http://www.aldebaran.cz/studium/fpla.pdf strana 166)
Co si pod tímto trochu suchým fyzikálním popisem představit a jaké z toho vyplývají důsledky? Polarizační rovina vysílané radiové vlny se stáčí a způsobuje tím pomalý únik s periodou mezi maximy a minimy 5 až 30 minut. V pásmu 2m dojde při průchodu ionosférou až ke 13 kompletním otočením (pro příjem vlastního echa se tedy stočí až 26x !), na 70cm 1,5x a na 23cm 0,2x [1]. To znamená, že například vlna, vyslaná s horizontální polarizací se může vrátit nazpět s polarizací třeba svislou a poněvadž používáme téže antény pro příjem, vznikne velmi hluboký únik. Rychlost otáčení rovinné vlny závisí rovněž na úhlu, pod jakým radiová vlna vstupuje do magnetického pole Země. Je-li Měsíc nízko nad obzorem a radiová vlna je tudíž vysílaná rovnoběžně se zemským povrchem pod nízkým elevačním úhlem, prochází oblastí s dvou až třínásobně větším počtem elektronů v ionizovaných vrstvách, než kdyby anténa byla namířena přímo vzhůru. Z toho důvodu se také při anténě namířené nízko nad obzor projeví intenzivnější a rychlejší rotace stáčení roviny vlny. Rychlost stáčení je podle praktických pokusů asi o 90 úhlových stupňů za 15 až 30 minut. V denní době je Faradayova rotace podstatně rychlejší něž v noci a pokud je navíc magnetické pole Země vybuzeno nějakou sluneční erupcí, maxima a minima se střídají i několikrát během pouhých 5 minut. Všeobecně jsou proto pro EME spojení na 2m vhodnější noční hodiny, t.j. mezi 22 až 6h a rovněž vhodnější je i zimní období, kdy je pro delší noc z našeho pohledu magnetické pole stabilnější a v letech slunečního minima. Navíc přes noc významně klesá šum pozadí velkoměsta.
Faradayova rotace závisí, jak jsme již řekli, na dráze, kterou probíhá radiová vlna oblastí silnějšího magnetického pole (a tedy prostředím se silnější ionizací). Důsledkem je, že naše signály mohou být slyšet u protistanice, aniž my bychom slyšeli vlastní odrazy a naopak, např. my budeme slyšet vlastní odrazy, ale protistanice nemusí zrovna v tu dobu slyšet nic, prostě z toho důvodu, že Faradayova rotace stočení polarizační roviny radiové vlny je jiné u protistanice než u odrazů vlastní stanice. Aby se tento efekt poněkud potlačil, je opět nejvhodnější volit pro spojení takovou dobu, kdy obě stanice vidí Měsíc zhruba stejně vysoko nad obzorem. Jak to vypadá v praxi? Když k Faradayově rotaci připočteme ještě prostorovou rotaci mohou nastat tyto 3 případy:
1) obě stanice se slyší navzájem bez
problémů, vlastní odrazy jsou ale na obou stranách velmi slabé
Pokud si uvědomíme, že největší hustota EME
stanice je v Evropě, tak se tyto projevy změny polarizace na spojení
Evropa - Evropa tolik neprojevují, protože pokud je druhá stanice do
vzdálenosti cca 1000km, prostorová polarizace je velmi podobná a jelikož
je Měsíc zhruba stejně vysoko nad obzorem (mimochodem nejdřív Měsíc
vychází v OH, pak u nás a nakonec v I a EA), tak i signál prochází zhruba
stejně dlouhou dráhou v ionosféře. Čímž ovšem není řečeno, že nenastane
žádný z uvedených 3 případů, zejména při větší sluneční aktivitě,
kdy je magnetické pole Země velmi aktivní. Podstatně horší je stáčení
polarizace mezi Evropou a Amerikou. Největší problémy jsou pak způsobené
při spojeních do jižní Afriky. Pokud si představíme průřez ionosférou,
maximální ionizace nastává nad oblastí magnetického rovníku. Protože na
jižní polokouli se Měsíc pohybuje na rozdíl od Severní přes sever, což má
za následek, že signál zvláště při nízké deklinaci Měsíce prochází
"zhuštěnou ionosférou", má to za následek, že úniky způsobené Faradayovou
rotací se na této trase často chovají naprosto nevyzpytatelně.. Není proto
náhodou, že DX expedice a stanice v ZS6 používají téměř výhradně
polarizaci typy cross-pol, takže mohou zmíněné efekty potlačit rychlým
přepínáním mezi vertikální a horizontální polarizací. Shrnuto, pokud se tedy mluví o krátkodobých EME podmínkách, posuzují se mezi sebou kontinenty. Většinou je to v praxi tak, že dobře chodí z Evropy spojení na jiné kontinenty, které se "střídají". Proto pokud například nechodí spojení Evropa-Evropa je pravděpodobné, že právě ve stejném okamžiku budou slušné podmínky do Ameriky nebo Afriky. V případě provozu JT65 velmi pomáhá sledovat spotované stanice automaticky dekódované díky propojení WSJT s SDR přes MAP65 na webu http://www.livecq144.com. Zkušenější EME operátor tak již většinou vycítí, kdy má smysl zkoušet sked s určitou stanicí a tedy místo marných pokusu o jindy bezproblémové spojení s KB8RQ namísto toho zkusit třeba ZS6OB a k 8RQ se vrátit za cca 1h. Čímž se vracíme k začátku tohoto článku: jak tedy pokud možno co nejlépe zaručit 100% RX? Na 2m je možné vybudovat anténní systém se zkříženými anténami, kde lze přepínat obě polarizační rovny, což nám s odchylkou nejhůř 3dB neboli 45 stupňů zajistí podstatné zlepšení RX. Bohužel pro konstrukci křížových antén je nutné udržet tvar soustavy pomocí laminátových trubek (kovové části nosné konstrukce nesmí být paralelní s prvky antén) a tak je mechanická konstrukce často značně problematická, neboť soustava antén musí být nejen dostatečně robustní, ale také nesmí být přichycená vodivým materiálem ve stejné rovině, v které jsou prvky... V roce 2011 HB9DRI ze známého klubu HB9Q umožnil díky novému SDR přijímači nový způsob provozu, kdy lze stáčení polarizační roviny obejít tak, že jeho nové vícekanálové SDR rádio spolu s Xpol yagi umožní při náležité hardwarové úpravě sfázovat signály z horizontální i vertikální roviny do jediného výstupu, takže stanice s tímto systémem již nebude potřebovat přepínat polarizační roviny. Kromě již zmíněného stáčení polarizačních rovin nastávají ještě další dva efekty - scintilace a librace, které ale mají vliv na rychlé krátkodobé úniky a vadí tedy na rozdíl od WSJT zejména při telegrafním provozu. Tyto vlivy si popíšeme v dalším pokračování tohoto seriálu, které bude více zaměřeno na telegrafní provoz. Použita literatura: [1] Polarization for Beginners - VK2KU http://vhfdx.radiocorner.net/EME/polarization.pdf [2] Přírodní efekty při satelitní komunikaci - OK2AQ http://www.urel.feec.vutbr.cz/web_documents/studium/doc/dre2/satelit.pdf [3] Space Communications - K1JT http://physics.princeton.edu/pulsar/K1JT/Hbk_2010_Ch30_EME.pdf
73 Napsáno pro Radiožurnál SZR 5/2011. Většinu starších "EME oken" OK1TEH, napsaných pro RŽ, si můžete přečíst tady. |
Pro
začátek vás možná bude zajímat krátké odbočení do historie. Je zajímavé,
že na ovlivňování paprsku světla v magnetickém poli přišel Michal Faraday
již v roce 1845, který dělal pokusy s boroolovnatým sklem, které se tehdy
používalo v dalekohledech. Faraday zjistil, že prochází-li světlo látkou
ve směru magnetického pole, lze vnějším polem stáčet jeho polarizační
rovinu a tak se od té doby tomuto jevu začalo říkat magnetooptický
Faradayův jev, posléze zkráceně "Faradayova rotace". Na zjištění vlivy
ionosféry a magnetického pole Země na stáčení polarizační roviny
elektromagnetického signálu bylo ale třeba počkat dalších cca 100 let, kdy
se začaly dělat první pokusy s odrazem radarových signálů od měsíčního
povrchu. V roce 1949 Kerr, Shain a Higgens zjistili, že dochází k
neznámému dlouhodobému úniku a v roce 1954 se následně na observatoři v
Jodrell Banku radioastronomům Murrayovi a Hargreavensovi podařilo objevit,
že tento dlouhodobý únik je způsobený vlastně rotací polarizační roviny
elektromagnetické vlny, tedy Faradayovou rotací vlivem magnetického pole,
který na elektromagnetickou vlnu působí v okolí Země.
Závislost Faradayovy
rotace na frekvenci pro různé
Příklad
