Radioamadorismo, Comunicações Espaciais e Educação Científica.

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1 Radioamadorismo, Comunicações Espaciais e Educação Científica

2 Satélite Es Hail 2 AMSAT-BR Radioamadorismo, Comunicações Espaciais e Educação Científica 7 de Maio de 2017 Pardinho - SP Edson W. R. Pereira, PY2SDR 2

3 Agradecimentos Ao Centro Max Feffer pelo apoio na realização da 1a Oficina de Satélites Radioamadores. PY2BS Ao Radioamador Bruce Halász pela doação das antenas parabólicas. PY2GN Ao Radioamador William Schauff pelo transporte das antenas e apoio na logística para a execução do evento. 3

4 AMSAT-BR Grupo de trabalho da Liga de Amadores Brasileiros de Radioemissão (LABRE) atuante no desenvolvimento de projetos e atividades radioamadorísticas e educacionais envolvendo comunicações e tecnologias espaciais. 4

5 Serviço de Radioamador Art. 3o da Resolução nº 449 de 17/11/2006 / ANATEL - Agência Nacional de Telecomunicações: O Serviço de Radioamador é o serviço de telecomunicações de interesse restrito, destinado ao treinamento próprio, intercomunicação e investigações técnicas, levadas a efeito por amadores, devidamente autorizados, interessados na radiotécnica unicamente a título pessoal e que não visem qualquer objetivo pecuniário ou comercial. 5

6 Pioneirismo Radioamadores ao redor do planeta desenvolvem, montam, lançam e operam satélites radioamadores desde Até hoje, mais de 100 satélites radioamadores já foram colocados em órbita. Várias tecnologias utilizadas hoje em projetos de cubesats foram desenvolvidas por radioamadores no final dos anos 80. Agências Espaciais de diversos países têm utilizado satélites radioamadores como plataforma de ensino nas áreas STEM (Ciências, Tecnologia, Engenharia e Matemática) 6

7 Algumas Atividades com Satélites Contatos DX em CW, SSB, FM, modos digitais Experimentação com eletrônica, telecomunicações, antenas, desenvolvimento de software Aprendizado em mecânica orbital, fenômenos de propagação, clima espacial, eletrônica embarcada Monitoramento de telemetria Atividades de campo Atividades educacionais Avanço do estado-da-arte no radioamadorismo 7

8 OSCAR 73 (FUNcube-1) Desenvolvido por radioamadores (AMSAT-UK) Lançado em 2015 Transponder linear UHF VHF Beacon em 1200 bps BPSK usando o padrão AMSAT-FEC Missão STEM Software para estação de solo desenvolvido especificamente para a missão Hardware para a estação de solo empregando tecnologia SDR de baixo custo 8

9 Atividade STEM: Rastreamento do FUNCube-1 Atividade STEM no Colégio Embraer de Botucatu durante a Semana Mundial do Espaço em

10 Funcube-1 Dashboard 10

11 AO-85 (AMSAT Fox-1) Desenvolvido por radioamadores (AMSAT-NA) Lançado em 2015 LEO Repetidor FM de banda cruzada Uplink em UHF: 435,172 MHz Downlink em VHF: 145,980 MHz 11

12 Decodificador de Telemetria do FOX-1 12

13 Algumas Vantagens de Órbitas Baixas Equipamentos e antenas simples e de baixo custo Fácil operação (ex: satélite com repetidores FM) Operações portáteis 13

14 Antenas Portáteis Antena Moxon-Yagi dual banda 146/436 MHz 14

15 Antena LFA Frequência: 436,5 MHz Ganho: ~10 dbi Relação frente/costas: > 20 db Custo total: ~10 BRL Gôndola: Tubo de PVC Elementos: Fio de cobre rígido 15

16 Algumas Desvantagens de Órbitas Baixas Passagem rápida. Para um satélite com altitude de 500 km, o tempo de passagem é da ordem de 14 minutos (máximo). Efeito Doppler pronunciado (+-3,5 khz em 145,9 MHz; khz em 436 MHz) 16

17 Es'Hail 2 Es'Hail 2 é o segundo satélite da operadora Es'HailSat (Catar) e retransmitirá sinais de TV na banda Ku para a península arábica e norte da África. Com o apoio da QARS (Clube de Radioamadores do Catar) e da AMSAT-DL (AMSAT Alemanha), o satélite terá à bordo o primeiro transponder radioamador em órbita geoestacionária. 17

18 Es'Hail 2: Área de cobertura Área de cobertura a partir da posição orbital de 25,5o Leste 18

19 Es'Hail 2: Cobertura no território Brasileiro Área de cobertura do território Brasileiro 19

20 Es Hail 2: Transponders Transponder Linear de Banda Estreita (250 khz) Uplink: 2400, ,300 MHz, Polarização Circular à Direita (RHCP) Downlink: 10489, ,800 MHz, Polarização Vertical Transponder Digital de Banda Larga (8 MHz) Uplink: 2401, ,500 MHz, Polarização Circular à Direita (RHCP) Downlink: 10491, ,000 MHz, Polarização Horizontal 20

21 Es Hail 2: Transponder de Banda Estreita Transponder Linear de Banda Estreita (250 khz) Uplink: 2400, ,300 MHz, Polarização Circular à Direita (RHCP) Downlink: 10489, ,800 MHz, Polarização Vertical 250 khz Transponder Beacon de Engenharia Beacon Geral 21

22 Es Hail 2: Beacons Padrão AMSAT-FEC já utilizado na época do satélite AO BPSK com código de correção de erro convolucional padrão NASA (r=½, k=7) e código de bloco Reed Solomon (160,128). 400 bps Dois Beacons: Um para dados de engenharia e um segundo para transmissão de boletins. Os sinais dos beacons serão gerados na estação de solo do controle da missão no Catar. A estação de solo implementará também o sistema LEILA para prevenir transmissões com potências excessivas. 22

23 Es'Hail 2: Segmento Espaço 23

24 Es'Hail 2: Cálculo de Enlace 24

25 Cálculo de Enlace: Equação de Friis Onde: Pt = Potencia do sinal no transmissor (dbm) Gt = Ganho da antena no transmissor (db) Gr = Ganho da antena no receptor (db) λ = Comprimento de onda (m) R = Distância (m) Pr = Potência do sinal no receptor (dbm) Downlink: Pt = 42,5 dbm Gt = 17 dbi Gr = 39 dbi λ = m R = km Pr = -107 dbm Uplink: Pt = 40 dbm Gt = 26 dbi Gr = 15 dbi λ = 0,125 m R = km Pr = -111 dbm 25

26 Antena Offset 1,2m Zyrok Diâmetro Horizontal (D): Diâmetro Vertical (V): Profundidade (p): Distância Focal (F): Razão F/D: Ângulo de Offset (ϴ): Distância A: 10,5 GHz: Largura de Feixe (-3dB): 1200 mm 1300 mm 108 mm 769,2 mm 0,64 22,6o 1231 mm 40,5 db 1,6o ϴ V A p Abertura Efetiva D F 26

27 Solução 1 (RX) Software (SDR) sdrsharp, hdsdr, gnuradio, etc. Custo: ~US$ 20 27

28 Estação de Solo de Baixo Custo Hardware Externo Hardware Interno Software Digimodes LNBF Coaxial 75 Ω BIAS-T 12 Vdc Coaxial 75 Ω RTL-SDR Cabo USB SDR Telemetria 28

29 LNBF Octagon Optima OSLO / Avenger Tecnologia PLL Polarização horizontal e vertical Oscilador Local: 9,750 GHz RX: 10,7 ~ 11,7 GHz FI: MHz Performance aceitável em 10,450 GHz FI (10,450 GHz): 700 MHz ~13 EUR (amazon.de) ~10 USD (amazon.com) 29

30 Diagrama de Blocos do LNBF Octagon Optima OSLO 30

31 LNBF Octagon Optima OSLO Circuito do LNBF Octagon Optima (foto: PY2SDR) 31

32 Performance do LNBF Octagon Optima Medições de figura de ruído realizadas por ZS6BTE 32

33 Performance do LNBF Octagon Optima 33

34 Metodologia Estudar um pouco sobre antenas offset Estudar um pouco sobre ruído Montar e instalar a antena offset Instalar LNBF Instalar cabo de descida Instalar BIAS-T Implementar o software Alinhar a antena Meditação Zen Realizar medições Realinhar a antena Meditação Zen Realizar medições Analisar resultados Profit! 34

35 E a Transmissão? Opção 1 Antena parabólica de 1,2m Alimentador em polarização linear (ou, para melhor performance, circular) Upconverter para de 144 MHz para 2.4 GHz Amplificador de potência de 8 ou 10 W para WiFi para 2,4 GHz Transmissor SSB para 144 MHz ou Excitador SDR para 144 MHz 35

36 Solução 2 (RX + TX) OSCAR Phase 4 UP-Converter 144 MHz 2.4 GHz 20 W de potência de saída Equipamento "Stand-alone" Controlável remotamente Vários circuitos de proteção Sistema da Kuhne Electronic + OSCAR Phase 4 Down-Converter 10.4 GHz 432 MHz Down converter + feed horn Estabilidade por TCXO LNBF com dimensões padrão Custo: ~700 EUR + Transceptor 36

37 Experimentação: A essência do radioamadorismo 37

38 Solução 2 WiFi PA Conversor para transmissão MHz TX 144 MHz Coaxial 75 Ω BPF 13 dbm 40 dbm 2256 MHz Upconverter de construção caseira Transverter Downeast Microwave Transverter Khune Electronic 38

39 Transverter (upconverter) para 2.4 GHz Minikits transverter Preço AUD 92 (USD 68) Oscilador local externo FI em 144 ou 432 MHz 39

40 Gerador de RF Analog Devices ADF MHz ~ 4,4 GHz Entrada de 10 MHz ~40 USD (Aliexpress) 40

41 Amplificador de potência Sunhans 10 W (40 dbm) de saída ~ USD 300 Há opções mais baratas! 41

42 E a Transmissão? Opção 2 Antena parabólica de 1,2m Alimentador em polarização linear (ou, para melhor performance, circular) TRX SDR Amplificador de potência de 8 ou 10 W para WiFi para 2,4 GHz Framework GNURadio 42

43 LimeSDR 2 TX e 2 RX em full-duplex 100 khz ~ 3,8 GHz Entrada de 10 MHz ~289 USD 43

44 Experimentação Melhores antenas Alimentadores TX e RX na mesma antena Estabilidade dos osciladores Moduladores e demoduladores SDR Decodificadores para os beacons WEBSDRs Operação remota 44

45 Referências

46 Radioamadorismo, Comunicações Espaciais e Educação Científica 46

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