Como eu montei um sistema de comunicação via satélite

QO-100/ES’Hail-2

Por Joaquim das Virgens “JOCA” – PS7JN

Introdução

Desde o primeiro satélite radioamadoristico (OSCAR – 1) lançado em 1961, vários

satélites já subiram (e caíram) sendo o mais antigo em funcionamento, o OSCAR – 7 desde

1974. Todos eles tinham em comum uma característica: orbitavam a terra em orbitas baixas

(LEO) e elípticas (HEO). Em 2018 foi lançado por um foguete Falcon o ES’Hail-2, um satélite de

telecomunicações de TV do Catar, levando junto um transponder para uso por radioamadores,

sendo assim o primeiro satélite geoestacionário ou Phase 4. O transponder foi concebido e

executado pela AMSAT-DL e pela QARS. Por ser geoestacionário, posicionado na longitude de

26º, o transponder então conhecido por QO-100, possui cobertura entre o Brasil e a Malásia,

incluindo a Europa e a África. Para sua utilização é necessário um sistema de recepção para o

downlink, o qual pode ser adaptado de uma antena convencional de TV para banda KU e outro

para o uplink na banda S, sendo este um pouco mais complexo. Na figura 1 temos a

representação do sistema do QO-100 e suas frequências.

CW DIG MIXED SSBBcn dat

10489,80010489,70010489,600

UPLINK

DOWNLINK

Transponder QO-100

2400,100 2400,200 2400,300

Bcn CW

UPLINK Downlink modo recomendado ------- 10489,55 Beacon CW – Não transmitir 2400,055-2400,100 10489,550-10489,600 CW somente 2400,100-2400,120 10489,600-10489,620 Modos digitais banda estreita 2400,120-2400,140 10489,620-10489,640 Modos digitais convencionais 2400,140-2400,190 10489,640-10489,690 Modos mistos 2400,190-2400,295 10489,690-10489,795 SSB somente ------- 10489,795 Beacon digital

Fig 1 - Diagramas de frequências do transponder do QO-100

O Receptor

O Downlink do QO-100 opera na faixa dos 10GHz, mais precisamente entre 10489.550

e 10489.800 MHz para o transponder de banda estreita e entre 10491 e 10499 MHz para o

transponder de banda larga, sendo que neste artigo abordaremos apenas o transponder de

banda estreita, usado para comunicações com base em SSB e CW.

A base de todo sistema de comunicações por rádio é uma boa antena, assim, optei por

usar uma parabólica offset de 75cm, a qual instalei dentro de casa, na varanda com vista para

Leste. O satélite se encontra a uma altura de uns 20 graus em relação ao meu QTH. Esta

antena já veio com um LNBF da greatek modelo USO7104AX, modelo que tem o oscilador local

a PLL com base em um cristal interno de 25MHz. O oscilador gera uma frequência próxima de

9750 MHz quando alimentado com 12V e resulta em uma saída em 739MHz na qual resulta a

heterodinágem com o sinal do nosso transponder. Para alimentar o LNBF foi usado um

diplexer no qual de um lado entra a tensão de alimentação e a saída de sinal para o receptor e

do outro o cabo do LNBF com o sinal e os +12V. Este sinal pode ser assim demodulado usando

um receptor SDR-RTL conectado ao computador ou, no meu caso, novamente heterodinado

para usar em um radio com frequência mais familiar. Neste caso, por ter optado usar um

Heathkit HW-8 em 21MHz, é necessário um oscilador funcionando em 718 MHz (718 – 739 =

21MHz) mas o sistema permite que qualquer outra frequência possa ser usada com em 28,

144 ou 430MHz, basta programar o oscilador. Na figura 2 temos o diagrama de conexões dos

diversos módulos que usei para montar o receptor

Mixer

SMA-BNC

Emenda BNC

Diplexer

9V

5V

12V

REG12V9V5V

Cabo SMA- F

Gerador de RF

Con 12V

Para LNBFPara Radio

Fig 2 – sistema de módulos usados no Receptor do downlink do QO-100

O Transmissor

O uplink do QO-100 opera na banda S. o transponder banda estreita em especial opera

entre 2400,050 e 2400,300 MHz. Nosso sistema utiliza a forma mais básica de comunicação

por rádio: o CW, que apesar de dizerem ser um modo obsoleto, ainda é um dos modos mais

populares no meio radioamadorístico.

A base do transmissor é um modulo ADF-4351 controlado por arduino e funciona

como um VFO gerando diretamente a frequência a ser utilizada (2.4GHz). O sinal é amplificado

por um LNA de 40dB e então enviado para um amplificador utilizado para WIFI e deste para a

antena. Na figura 3 está o diagrama de módulos do transmissor.

WIFI Booster

LNA 40dB

REG12V

5V

Cabo SMA- SMA

Módulo ADF-4351

Arduino UNO by F1CJN

LCD+ swith shieldSMA - SMA RP

SMA - SMA

Con 12V

Para antena

SMA-RP - SMA

Fig 3: diagrama de módulos utilizados para gerar um sinal CW para o QO-100

A antena consiste em uma helix de 5 elementos conectada ao sistema por um cabo

coaxial utilizado em conexões WIFI (conector N para SMA-RP). Ela encaixa na cabeça do LNBF

através de um furo no refletor (figura 4). A polarização da helix é LHCP, assim sendo ao ser

refletida pela parábola se torna RHCP, a mesma polarização requerida para o uplink.

Operação e desempenho

Para utilizar o sistema, basta conectar tudo e alimentar corretamente. O apontamento

da antena é a parte mais complicada, eu costumo sintonizar o beacon do transponder e mover

a parábola para obter o sinal mais forte, levando em conta que a antena é uma offset, o prato

não vai ficar alinhado com a direção do sinal. A polarização da antena do downlink é verical,

assim é necessário girar o LNBF para que a polarização coincida. Encontrado o melhor sinal, já

é possível receber os sinais do transponder em CW, SSB, SSTV e modos digitais, de acordo com

a tabela de alocação mostrada no começo deste artigo. Caso use o computador o diagrama do

tipo “waterfall” vai indicar quais os sinais presentes mas com um delay considerável de poucos

segundos (tempo de processamento), já se usar um rádio para receber, o delay é pequeno,

poucos décimos de segundos mas é preciso escanear a faixa em busca das estações – “como se

fazia antigamente”. Outra forma de receber é sintonizar através dos receptores online (como o

de Pardinho) disponíveis na internet, mas a conexão certamente cairá na presença do campo

de RF gerado deixando a recepção entrecortada. Para Transmitir basta programar o módulo do

gerador de sinal para a frequência desejada e monitorar a descida de acordo com o plano de

frequências. A depender da instalação e das condições climáticas o sinal pode variar bastante

tanto no transmissor quanto no receptor gerando um drift característico do sinal. Algumas

pessoas tem buscado utilizar uma referencia externa para os módulos osciladores (Tanto do

LNBF quanto do transmissor), mas aí vamos para algo mais avançado qual não é o objetivo no

momento.

O sinal obtido no retorno foi de -83dB máximos, levando em conta que o sinal do

beacon é de uns -73dB e o piso de ruído de - 93dB (observados no SDR online). Trocado em

miúdos, o sinal deste sistema é 10dB acima do ruído porém 10dB abaixo do beacon. Não

foram realizados testes de emissão de espúrios, portanto possa ser que esse sistema irradie

fora das frequências desejadas. Uma solução simples para este caso seria por um módulo de

filtro passabanda de 2.4 GHz entre o LNA e o amplificador final. Existem maneiras de aumentar

o sinal, como aumentar o diâmetro do disco da parábola e/ou modificar o amplificador para

fornecer mais potência (diz na embalagem ser de 4W mas não chega a 2W) ou ainda utilizar

um modulo final mais potente. De qualquer forma o sistema vem atendendo bem à

necessidade. Apesar da falta de tempo sempre que faço um CQ aparece alguém para

contestar. A melhor hora é no fim da tarde para o começo da noite horário no qual a Europa

está mais ativa.

ATENÇÃO: Não transmitir em hipótese alguma com o radio usado na recepção estando

ele conectado ao sistema. A depender do nível de potência vai queimar de imediato pelo

menos o Mixer de RX.

Lembrando que:

a) O uso do satélite está restrito a radioamadores apenas

b) Não transmitir de forma a gerar um retorno maior nível que o beacon

c) Não usar FM ou modos de banda larga

d) Não transmitir abaixo do beacon de CW ou acima do beacon digital

As figuras seguintes (4 a 12) mostram a situação atual do conjunto em funcionamento:

Fig 4 – Vista interna: à esquerda o conversor de recepção, à direita a etapa de

transmissão

Fig 5 - Painel frontal, sendo o oscilador de conversão do sinal de recepção à esquerda e o

oscilador de transmissão à direita

Fig 6 – Detalhe do misturador de RX

Fig 7 – Detalhe do diplexer para alimentação do LNBF

Fig 8 – Detalhe do módulo gerador de RF

Fig 9 – Detalhe do LNA de 40dB

Fig 10 – Detalhe do Amplificador final (P.A.)

Fig 11 – Displays mostrando a frequência ideal para conversão do sinal para a banda dos 15m e

para a transmissão no segmento de CW do transponder.

Fig 12 – detalhe da construção e instalação da antena de 2.4 GHz e do LNBF

Bibliografia

Dicas e discussões dos grupos de Telegram/whatsapp tais como QRP-BR, AMSAT-QSO e

THEDXG

https://amsat-dl.org/p4-a-nb-transponder-bandplan-and-operating-guidelines/

https://amsat-uk.org/satellites/geo/eshail-2/

https://amsat-dl.org/eshail-2-amsat-phase-4-a/

http://appr.org.br:8902/

http://f6kbf.free.fr/html/ADF4351%20and%20Arduino_Fr_Gb.htm