Radioamadorismo, Comunicações Espaciais e Educação Científica http://amsat-br.org
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
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
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
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
Pioneirismo Radioamadores ao redor do planeta desenvolvem, montam, lançam e operam satélites radioamadores desde 1961. 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
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
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
Atividade STEM: Rastreamento do FUNCube-1 Atividade STEM no Colégio Embraer de Botucatu durante a Semana Mundial do Espaço em 2015. 9
Funcube-1 Dashboard 10
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
Decodificador de Telemetria do FOX-1 12
Algumas Vantagens de Órbitas Baixas Equipamentos e antenas simples e de baixo custo Fácil operação (ex: satélite com repetidores FM) Operações portáteis 13
Antenas Portáteis Antena Moxon-Yagi dual banda 146/436 MHz 14
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
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; +- 10 khz em 436 MHz) 16
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
Es'Hail 2: Área de cobertura Área de cobertura a partir da posição orbital de 25,5o Leste 18
Es'Hail 2: Cobertura no território Brasileiro Área de cobertura do território Brasileiro 19
Es Hail 2: Transponders Transponder Linear de Banda Estreita (250 khz) Uplink: 2400,050-2400,300 MHz, Polarização Circular à Direita (RHCP) Downlink: 10489,550-10489,800 MHz, Polarização Vertical Transponder Digital de Banda Larga (8 MHz) Uplink: 2401,500-2409,500 MHz, Polarização Circular à Direita (RHCP) Downlink: 10491,000-10499,000 MHz, Polarização Horizontal 20
Es Hail 2: Transponder de Banda Estreita Transponder Linear de Banda Estreita (250 khz) Uplink: 2400,050-2400,300 MHz, Polarização Circular à Direita (RHCP) Downlink: 10489,550-10489,800 MHz, Polarização Vertical 250 khz Transponder Beacon de Engenharia Beacon Geral 21
Es Hail 2: Beacons Padrão AMSAT-FEC já utilizado na época do satélite AO-40 -- 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
Es'Hail 2: Segmento Espaço 23
Es'Hail 2: Cálculo de Enlace 24
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 = 0.029 m R = 41000 km Pr = -107 dbm Uplink: Pt = 40 dbm Gt = 26 dbi Gr = 15 dbi λ = 0,125 m R = 41000 km Pr = -111 dbm 25
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: Ganho @ 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
Solução 1 (RX) + + + Software (SDR) sdrsharp, hdsdr, gnuradio, etc. Custo: ~US$ 20 27
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
LNBF Octagon Optima OSLO / Avenger Tecnologia PLL Polarização horizontal e vertical Oscilador Local: 9,750 GHz RX: 10,7 ~ 11,7 GHz FI: 950-1950 MHz Performance aceitável em 10,450 GHz FI (10,450 GHz): 700 MHz ~13 EUR (amazon.de) ~10 USD (amazon.com) 29
Diagrama de Blocos do LNBF Octagon Optima OSLO 30
LNBF Octagon Optima OSLO Circuito do LNBF Octagon Optima (foto: PY2SDR) 31
Performance do LNBF Octagon Optima Medições de figura de ruído realizadas por ZS6BTE 32
Performance do LNBF Octagon Optima 33
Metodologia 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 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
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
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
Experimentação: A essência do radioamadorismo 37
Solução 2 WiFi PA Conversor para transmissão. 144 2400 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
Transverter (upconverter) para 2.4 GHz Minikits transverter Preço AUD 92 (USD 68) Oscilador local externo FI em 144 ou 432 MHz 39
Gerador de RF Analog Devices ADF4351 35 MHz ~ 4,4 GHz Entrada de 10 MHz ~40 USD (Aliexpress) 40
Amplificador de potência Sunhans 10 W (40 dbm) de saída ~ USD 300 Há opções mais baratas! 41
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
LimeSDR 2 TX e 2 RX em full-duplex 100 khz ~ 3,8 GHz Entrada de 10 MHz ~289 USD 43
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
Referências http://www.itu.int/en/itu-r/space/workshops/2015-prague-small-sat/presentations/eshail-2.pdf http://www.g4jnt.com/pll_lnb_tests.pdf http://g4jnt.com/octagonextlo.pdf http://www.qsl.net/zs6bte/lnb%20test%20results.htm http://www.minikits.com.au/electronic-kits/transverters/eme227-13cm 45
Radioamadorismo, Comunicações Espaciais e Educação Científica http://amsat-br.org 46