DJ7FJ
K1JT
WA6PY
Eme Live
Info
EME (Earth – Moon _Earth) – teoria w pigulce.

Krzysztof Moczkowski SP7DCS

Z doświadczenia w pracy przez Księżyc na 3 pasmach 2m, 70cm i 23cm mogę z całą pewnością powiedzieć, że łączności EME należą do najtrudniejszych rodzajów działalności amatorskiej w pasmach UKF i są wizytówką szczytowych osiągnięć. Polegają one na wysyłaniu w kierunku Księżyca sygnału radiowego, który odbity od jego powierzchni, wraca na Ziemię i może być odebrany przez innego amatora.

Kilka informacji ogólnych o samym Księżycu, bo warto to wiedzieć:

- Nasz Księżyc okrąża Ziemię w średniej odległości 384000 kilometrów. Sygnał radiowy pokonuje taką odległość w ciągu 1.3 sekundy. Powracające echo wysłanego sygnału możemy odebrać po ok.2.6 sekundy. Orbita Księżyca wokół Ziemi ma kształt elipsy. W punkcie najbliższym Ziemi ( perigeum ) odległość Księżyca wynosi tylko 356000 km, a w apogeum aż 406700 km.

- Średnica Księżyca wynosi około 3500 km. Powierzchnia jest 13 razy mniejsza od powierzchni Ziemi. Księżyc okrąża Ziemię w 27.3 dni i dokładnie w tym samym czasie obraca się raz wokół własnej osi. Dlatego też jest do nas zwrócony zawsze tą samą stroną.

- Na zwróconej ku nam stronie Księżyca można zaobserwować obsypane kraterami wyżyny. Największe z nich mają średnicę ponad 250 km. Na Księżycu nie ma czynnych wulkanów , a z braku wody i powietrza nie ma też deszczu i burz. Stąd kratery pozostały od miliardów lat prawie nie zmienione.

-Dla fali radiowej Księżyc wygląda ciągle tak samo. Powierzchnia Księżyca pochłania 93% padającej energii i tylko część środkowa o średnicy około 340 km odbija 7% energii w sposób rozproszony . Powracająca energia na Ziemię wywołuje sygnały elektryczne w antenach odbiorczych na poziomie niższym niż szumy termiczne Słońca i Ziemi. 

Charakter sygnału odbitego od Księżyca jest nierównomierny i trudny do odbioru ponieważ :

-Na skutek libracji Księżyca występują szybkie zaniki o amplitudzie dochodzącej nawet do 6dB.

-Występuje również charakterystyczna wibracja na sygnale, tzw. fluttering

-Występuje przesunięcie dopplerowskie od kilku Hz do kilku kHz , różne w zależności od częstotliwości .

-Występuje rozmycie czoła fali związane z pokonywaniem różnej drogi przez sygnał do Księżyca i z powrotem, charakteryzując się tym, że spada drastycznie czytelność sygnałów.

-Występuje efekt Faraday’a, ponieważ fala radiowa przechodząc przez jonosferę zmienia płaszczyznę polaryzacji pod wpływem pola magnetycznego Ziemi.

-Występuje przesunięcie geometryczne tzw. spatial offset.

Systemy antenowe.

Przyjęło się, że na dolnych pasmach , mam na myśli 50, 144 i 432MHz używane są systemy antenowe do pracy w polaryzacji liniowej poziomej i czasami pionowej. Natomiast na mikrofalach praca odbywa się głównie w polaryzacji kołowej . W związku z tym, należy dostosować odpowiednie techniki odbioru i nadawania w zależności od skręcenia polaryzacyjnego sygnału odbitego od Księżyca.

Fala elektromagnetyczna przechodząc przez jonosferę ziemską ulega, pod wpływem pola magnetycznego Ziemi, zaburzeniom płaszczyzny polaryzacji. Występuje tzw. efekt Faraday’a powodujący zamianę polaryzacji liniowej na eliptyczną. Skręcenie płaszczyzny polaryzacji uzależnione jest przede wszystkim od długości drogi jaką fala radiowa ma do przebycia w jonosferze oraz kąta przesunięcia geometrycznego (tzw. Spatial-Offset) decydującego o zwrocie płaszczyzny polaryzacji w stosunku do pola magnetycznego oraz częstotliwości pracy.

Na przykład w paśmie 144MHz większość stosowanych systemów antenowych EME pracuje w polaryzacji liniowej i nie jest dostosowana do odbioru sygnałów ze zmieniającą się polaryzacją. W takiej sytuacji problemów z przeprowadzaniem qso eme nie będzie tylko wówczas, jeśli wystąpi zgodność płaszczyzn polaryzacji. Natomiast, gdy sygnał odbiorczy będzie skręcony w polaryzacji o np. 90 stopni , to teoretycznie nie powinien być on zupełnie odbierany. Ponadto nie jesteśmy w stanie odebrać własnego „echa” pomimo przeprowadzania łączności z innym kontynentem. Tak więc, żeby stworzyć możliwości odbioru różnie spolaryzowanych sygnałów EME , konstruuje się systemy antenowe tzw. krzyżowe złożone z anten Yagi. Chcę tu od razu uprzedzić, ze zbudowanie anteny crossYagi o dobrych parametrach technicznych i o małym wzajemnym przenikaniu polaryzacji, nie jest łatwe. Czasami lepiej jest zbudować 2 osobne systemy do pracy w polaryzacji H i V. Szczególną trudność sprawia konstrukcja anten crossYagi na pasmo 432MHz.

 

Spatial-Offset, czyli przesunięcie geometryczne.

Natomiast przesunięcie geometryczne to nic innego jak wzajemne fizyczne ustawienie naszej anteny względem anteny korespondenta. W zależności od deklinacji Księżyca zmienia się wzajemny kąt padania i odbicia fali elektromagnetycznej, który jednocześnie również zależy od miejsca zainstalowania naszej anteny w stosunku do anteny korespondenta. Powstanie kąt dla drogi sygnału o innej polaryzacji niż nasz sygnał . Gdyby wyłączyć na moment działanie Faraday’a, to przesunięcie geometryczne możemy wyliczyć bez problemu między dwoma stacjami na świecie. W praktyce jednak oba zjawiska występują jednocześnie i wypadkowa polaryzacji sygnału, trudna jest do przewidzenia.

                        Rysunek przedstawia graficznie na czym polega przesunięcie geometryczne.


Myślę, że najlepiej problem strat sygnału zostanie przedstawiony w tabeli poniżej.

Tabela tłumienia sygnału w zależności od niezgodności polaryzacji

Błąd polaryzacji

Straty (dB)

 

Błąd polaryzacji

Straty (dB)

0

 

50°

3.84

10°

0.13

 

60°

6.02

20°

0.54

 

70°

9.32

30°

1.25

 

80°

15.2

40°

2.31

90°

 

 

Natomiast na mikrofalach stosowane są głównie anteny paraboliczne z oświetlaczami w polaryzacji kołowej. Odpada problem niezgodności polaryzacji, co sprawia, że większość sygnałów jest możliwa do odebrania.
Ponadto poprzez zmianę oświetlacza w lustrze możemy uzyskać zmianę pasma np.23cm,13cm … itd. A jeżeli jeszcze dysponujemy dużym lustrem, to nic nie stoi na przeszkodzie żeby tam umieścić anteny również dla pasm 144 i 432MHz. Takie rozwiązanie jest spotykane dość często.

SYSTEM RAPORTÓW

Na świecie przyjął się system zaproponowany przed wielu laty przez K2UYH i obowiązuje do dzisiaj.

(T M O)

T – odbieramy ślady sygnałów (raport ten nie zalicza qso)

M - odbieramy znaki, ale jeszcze z ogromnymi trudnościami

O - odbieramy dobrze pełne znaki i raport

R - potwierdzenie pełnej łączności

Natomiast , gdy siła sygnałów jest duża możemy raport podać w skali R S T.

Czytelność R:

1-nieczytelny

2-ledwie czytelny

3-czytelny z trudnościami

4-czytelny bez zastrzeżeń

5-doskonale czytelny

Siła S:

1-ledwo odbierane sygnały

2-bardzo słabe sygnały

3-słabe sygnały ,ale możliwy odbiór

4-dość silne sygnały i odbiór bez zastrzeżeń

5-silne sygnały

6-bardzo silne sygnały

Gdyby chcieć porównać oba systemy raportów to „O” w skali TMO odpowiada 339 w skali RST, a „M” odpowiada 229.

„Initial”

Definicja mówi o przyjętej umowie na uznawanie łączności EME jedynie po spełnieniu pewnych warunków :

-łączność między dwoma stacjami może odbywać się wyłącznie drogą radiową na trasie Ziemia-Księżyc-Ziemia

-muszą zostać nadane i odebrane wszystkie elementy obu znaków

-muszą zostać wymienione raporty o słyszalności w skali TMO lub RST (ale raport „T” nie uznaje qso za ważne)

-nie wolno używać innych sposobów komunikacji do potwierdzania odebrania fragmentów qso

-zmiana znaku i operatora pracującego na te samej stacji , nie daje prawa do zaliczenia nowego initials

-przeprowadzka operatora do innego lokatora nawet z tą samą aparaturą daje nowy initials


Własności pasm eme.

Każde pasmo ma inne właściwości, inne parametry tłumieniowe trasy Ziemia-Księżyc-Ziemia oraz inne spektrum szumowe otoczenia powodujące zagłuszanie słabych sygnałów .

Pasmo 144MHz:

Wydaje się , że to pasmo jest najlepszym do rozpoczęcia przygody z eme.

Odbierane sygnały są dość czytelne, zjawisko Faraday’a w miarę powoli zmienia polaryzację sygnału by po pewnym czasie powrócić, dając możliwość pracy z antenami w jednej polaryzacji . Pewnym utrudnieniem odbioru mogą być zmiany amplitudy odbieranego sygnału szczególnie przy niskich elewacjach . Natomiast na wysokich elewacjach zmiany zjawiska Dopplera oraz amplitudy sygnałów są znacznie mniejsze i wzrasta czytelność sygnałów. Od kilku lat gwałtownie rozwija się praca w modach cyfrowych WSJT, MAP65-IQ by K1JT , niestety ze szkodą dla aktywności cw/ssb. Ekspansja tej nowej techniki jest tak duża, że np. w paśmie 50MHz już chyba nikt na świecie nie pracuje cw/ssb via eme.

Przeszkodą w pracy są również zakłócenia od wszelkiego rodzaju elektroniki . Zresztą dotyczy to również i innych pasm. Do tego dochodzą jeszcze szumy Ziemi i Słońca . Jedynym praktycznym sposobem na wyselekcjonowanie widma szumowego i odseparowanie się od zakłóceń jest stosowanie szczelnych systemów antenowych o wąskiej charakterystyce kierunkowej i dobrym współczynniku G/T- relacja między zyskiem, a temperaturą systemu .

Wraz z upływem czasu ukształtował się model średniej stacji EME na tym paśmie, która stosując np. ant.4 x Yagi i około 500W jest w stanie skutecznie pracować i robić łączności. Można spotkać korespondentów o różnym wyposażeniu, którzy stosują anteny od 1Yagi, aż do bardzo ogromnych szyków antenowych nawet 64 long crossYagi obracanych w poziomie i pionie.

Pasmo 432MHz:

Wg mojej oceny jest to chyba najtrudniejsze pasmo do pracy przez Księżyc. Tłumienie trasy dla sygnału jest około 10dB większe niż na 2m, zjawisko Faraday,a potrafi nawet na kilkanaście godzin „wyłączyć” pasmo dla stacji używających tylko jednej polaryzacji, a czytelność sygnałów potrafi być znacznie gorsza.

Ponadto sam fakt, że wszędzie tam , gdzie jeszcze jest stosowana telewizja rozsiewcza , istnieje poważny problem z zakłóceniami TVI.

Ale są też i dobre wieści, bo na tym paśmie systemy antenowe mogą mieć mniejsze gabaryty. Część stacji używa systemów z rotacją a w praktyce, podczas zgodności polaryzacji, dość łatwo dochodzi do qso małą mocą już przy średniej wielkości systemu antenowego. Najwięcej stacji pracuje emisjami analogowymi, ale też są stosowane emisje cyfrowe.

Na tym paśmie często można spotkać korespondentów używających anteny paraboliczne oraz bardzo duże systemy antenowe Yagi nawet z rotacją.

Podobnie jak na 2m można już z bardzo dobrym efektem pracować mocą około 400W i ant. 4 x longYagi . Największa aktywność jest spodziewana podczas tzw.”dobrych weekendów” lub zawodów eme.

Pasmo 1296MHz:

Pasmo 23cm jest chyba „królową pasm eme” podobnie jak 14MHz na KF podczas dużej aktywności słonecznej. Ponadto cieszy fakt, że w ostatnim okresie czasu, daje się zauważyć ogromny wzrost aktywności stacji i jest z kim pracować.

Składa się na to coraz łatwiejszy dostęp do sprzętu GSM wycofywanego z eksploatacji , anten parabolicznych za rozsądną cenę oraz uruchomieniem się stacji z dolnych pasm eme.

Ja osobiście jestem zauroczony pracą na tym paśmie i każdemu doradzam, żeby rozpoczął przygodę z eme jednak od niego. Na świecie jest duża ilość stacji, które używają ogromnych anten parabolicznych zdolnych odebrać nawet bardzo słabe sygnały. Na tym paśmie nie ma problemów polaryzacyjnych, ponieważ jak mówiłem wcześniej obowiązuje polaryzacja kołowa. Już lustra o średnicy 2-3m pozwalają uzyskać na tyle duży zysk kierunkowy anteny parabolicznej, że przy mocy nadajnika 150-200W w antenie, echo własnego sygnału jest słyszane praktycznie przez cały czas. Pracuje się głównie na cw i ssb, a odbierane sygnały są często na takim poziomie, ,że raporty podaje się w skali RST lub RS na fonii. Natomiast zwolennicy emisji cyfrowych też tutaj mogą pracować, ale muszą zadbać o wysoką stabilność swoich urządzeń.

Powinienem jednak obiektywnie uprzedzić, że czytelność odbieranych sygnałów, szczególnie tych słabych, mocno się zmienia w zależności od aktualnie panujących warunków propagacyjnych. Tutaj zjawisko Dopplera powoduje, że częstotliwość pracy zmienia się praktycznie ciągle i każde przejście z nadawania na odbiór wymaga również ciągłego dostrajania się do nowej częstotliwości pracy. Najszybsze zmiany są na wschodzie i zachodzie Księżyca. Na wysokich elewacjach efekt ten znacznie maleje . W takiej sytuacji pomimo, że będziemy odbierali silne sygnały od korespondenta, to może się zdarzyć, że będziemy mieli poważne kłopoty z rozczytaniem znaku itp… Ale jednak po długim cierpliwym słuchaniu z pewnością uda nam się skompletować wszystkie elementy transmisji do zaliczenia qso. Muszę pocieszyć, że większość eme stacji na 23cm posiada swoje urządzenia na bardzo wysokim poziomie technicznym, ciągle udoskonala systemy antenowe i zwykle dochodzi do wielu qso bez problemu.

Pozostałe pasma mikrofalowe.

Podobny rozwój przeżywa również pasmo 13cm i wszystko co odnosi się do pasma 23cm ma zastosowanie również i tam. Ponadto 13cm w eme jest trudniejsze ze względu na różne alokacje pasma na świecie 2301/2304/2320/2424MHz i trzeba pracować cross band . Na szczęście w SP mamy prawo pracować we wszystkich podpasmach 13cm. Natomiast wielka szkoda, że amatorzy w SP stracili prawo do pasma 3.4GHz podczas ,gdy na świecie jest dostępne.

A jeszcze wyżej na 5.7GHz i 10GHz , zysk anten jest tak duży, że 3dB kąt promieniowania anteny wypada znacznie poniżej 1stopnia. Dlatego trzeba używać bardzo dokładnych mechanizmów do śledzenia. Stosuje się też odbiorniki tła szumowego Księżyca i dzięki nim możemy mieć pewność że właściwie celujemy. Na tym paśmie zmienia się też charakter odbieranych sygnałów, które dostają ciekawe aurorowe brzmienie.

Pojawiło się też na świecie kilka stacji eme w pasmach 24GHz i 47GHz, ale takie qso jest bardzo trudne, bo duży wpływ mają przeróżne czynniki zewnętrzne, nawet wilgotność powietrza.

Teoretyczne przykłady (tylko ważniejsze parametry) :

144MHz -system 4 x Yagi(14dBi) PA-500W Gsyst=19.70dBi LNANf=0.5dB

Tłum.trasy =251dB Temp.nieba =195K RXzawężenie=50Hz

Pwyp=46684W EIRP Odbierany szum słońca=5.2dB Echo S/N=3.1dB

432MHz -system 4 x Yagi(16dBi) PA-500W Gsyst=21.70dBi LNANf=0.5dB

Tłum.trasy =261dB Temp.nieba =20K RXzawężenie=50Hz

Pwyp=73989W EIRP Odbierany szum słońca=9.9dB Echo S/N=2.8dB

1296MHz -3m dish/f/D=0.5 PA-200W Gsyst=31dBi LNANf=0.5dB

Tłum.trasy =270dB Temp.nieba =8K RXzawężenie=50Hz

Pwyp=244481W EIRP Odbierany szum słońca=11.8dB Echo S/N=7.8dB

2320MHz -3m dish/f/D=0.5 PA-200W Gsyst=36dBi LNANf=0.5dB

Tłum.trasy =275dB Temp.nieba =5K RXzawężenie=50Hz

Pwyp=772682W EIRP Odbierany szum słońca=11.9dB Echo S/N=12.2dB

5760MHz -3m dish/f/D=0.5 PA-20W Gsyst=44dBi LNANf=0.5dB

Tłum.trasy =283dB Temp.nieba =5K RXzawężenie=50Hz

Pwyp=473900W EIRP Odbierany szum słońca=11.8dB Echo S/N=6.5dB

10.368GHz -3m dish/f/D=0.5 PA-20W Gsyst=49dBi LNANf=0.5dB

Tłum.trasy =288dB Temp.nieba =40K RXzawężenie=50Hz

Pwyp=1535435W EIRP Odbierany szum słońca=10.8dB Echo S/N=8.4dB

Na zakończenie tych bardzo podstawowych wiadomości chcę poinformować, że są dostępne w Internecie darmowe programy komputerowe dla amatorów, pozwalające śledzić orbity Księżyca, przewidywać szanse na dobre qso, analizatory sygnału, kalkulatory parametrów i szereg narzędzi wspomagających pracę analog/digi via EME.

 

Między innymi:

WINRAD by Alberto di Bene I2PHD http://www.weaksignals.com/ 

Programy I2PHD, najogólniej mówiąc mogą w bardzo łatwy sposób przekształcić nasze komputery w odbiorniki na dowolne pasmo o bardzo dobrych parametrach technicznych. Dzięki szybkiej analizie pasma FFT możemy oglądać odbierane sygnały w czasie rzeczywistym na „wodospadach” oraz obrabiać je przy pomocy cyfrowych filtrów DSP. Pozwalają również na podłączenie demodulatora cyfrowego IQ dzięki, któremu uzyskamy odbiornik SDR- Software Defined Radio.

W sumie powstanie bardzo nowoczesne i przydatne narzędzie do pracy nie tylko do EME.

 

VK3UM by Doug McArthur http://www.sm2cew.com/download.htm 

Doug stworzył kilka bardzo pomocnych programów inżynierskich przydatnych podczas projektowania i budowania stacji eme (nie tylko) oraz wygodny program do śledzenia orbit Księżyca i innych planet .Przykładowo w programie EME Calculator możemy dokonać ważnych obliczeń, ocenić poziom techniczny naszej stacji jak również sprawdzić szanse na qso eme .

 

F1EHN J-Jacques MAINTOUX http://www.f1ehn.org/ 

Są to również programy od obliczania orbit, prognozowania qso, planowania dobrych terminów , automatyzacji śledzenia oraz do szeregu innych przydatnych czynności w eme .

 

WSJT/MAP65 J. Taylor K1JT http://www.physics.princeton.edu/pulsar/K1JT/ 

Programy K1JT narzuciły nowy standard w technice nawiązywania łączności przez Księżyc modami cyfrowymi . Zwykle nawiązywanie łączności na JT wymaga stałej konwersacji przez Internet na specjalistycznych eme loggerach w celu ustalania parametrów startowych dla qso (częstotliwość i periody) identycznie jak przy skedach. Natomiast w najnowszym programie K1JT dodał funkcje Linrada wg SM5BSZ umożliwiającą monitorowanie całego pasma jednocześnie. Dzięki temu można będzie już pracować modami cyfrowymi random bez potrzeby wspomagania się Internetem .

A poniżej ciekawe linki o tej tematyce:

- listy mailingowe moon-net

ogólna http://list-serv.davidv.net/mailman/listinfo/moon-net_list-serv.davidv.net 

moon - cw eme http://www.moonbounce.info/mailman/listinfo/moon 

cw logger N0UK: http://www.chris.org/cgi-bin/cw-eme 

jt logger N0UK: http://www.chris.org/cgi-bin/jt65emeA 

Newsletter 70cm i wyżej: http://www.nitehawk.com/rasmit/em70cm.html 

EME strony:

SM2CEW: http://www.sm2cew.com/ 

G4CCH: http://www.g4cch.com/ 

I1NDP: http://i1ndp.altervista.org/ 

HB9Q: http://hb9q.ch/joomla/index.php?option=com_frontpage&Itemid=1 

SP7DCS: http://sp7dcs.webpark.pl 

 

Strona w całości ani we fragmentach nie mogże być powielana, ani rozpowszechniane za pomocą urządzeń
elektronicznych, mechanicznych, kopiujących, nagrywających i innych, bez pisemnej zgody posiadacza praw autorskich.
             Wszystkie prawa zastrzeżone. Copyright by SP2DDX&SP3JBI&SP6GVN  ©