Funkbetrieb
über Satelliten
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Inhaltsverzeichnis
Überhorizontverbindungen bei P-3 Satelliten
Antennen für den Satellitenfunk
Überhorizontverbindungen via P3-Satelliten
Vor seinem vorzeitigen Ableben hatte sich AO-40 zu einem Satelliten gemausert, der optimale DX-Möglichkeiten bot. So ist zum Beispiel am 29.08.01 eine Verbindung zwischen
DL1RG und ZL1AOX in Auckland gelungen, obwohl die Elevation im QTH von DL1RG (Nauen) nahe 0 Grad war.1 Nostalgisches
Bereits bei AO-10 wurden einige Effekte[1] beobachtet, die es von bestimmten QTHs aus ermöglichten, auch dann Verbindungen über AO-10 zu tätigen, wenn er rechnerisch unter dem Horizont war.
Einer dieser Effekte ist seit längerer Zeit bekannt, er hat u.a. einen bestimmten Stellenwert außerhalb unseres Interessengebietes, nämlich in der astronomischen Vermessung. Hier muss der gemessene Zenitwinkel eines Gestirns um einen bestimmten Betrag korrigiert werden, um später den wahren Ort zu erhalten. Im Zeitalter der GPS-Satelliten sind zwar solche Vermessungsmethoden mittlerweile überflüssig geworden, viele Erkenntnisse, die man dabei sammelte, aber nicht.
2 Satellit und Refraktion
Der Beugungseffekt der Erdatmosphäre lässt ein Gestirn, in unserem Fall einen Satelliten, scheinbar höher über dem Horizont stehen, als es der Berechnung entspricht. Diesen Vorgang bezeichnet man als astronomische Refraktion . Die Werte sind beträchtlich, sie erreichen bei sichtbarem Licht in Horizontnähe ca. + 0.6 Grad zur tatsächlichen Elevation. Durch die Refraktion sehen wir die Sonnenscheibe bereits in voller Breite, obwohl sie noch unter dem Horizont steht. Die Refraktion ist nicht auf sichtbares Licht beschränkt, der Effekt gilt für alle elektromagnetischen Wellen.
Der Beugungseffekt verläuft nicht geradlinig, da die unterschiedlichen Schichten der Atmosphäre auch unterschiedliche Brechungseigenschaften aufweisen. Insgesamt kann man davon ausgehen, dass ein Satellit in Horizontnähe um ca 0.6-0.8 Grad höher über dem Horizont steht als berechnet. Mit zunehmender Elevation nimmt der Effekt schnell ab.
Um die scheinbar höhere Elevation eines Satelliten näherungsweise zu ermitteln, kann die folgende Formel benutzt werden. Die Berechnung gilt für ca. 10° Lufttemperatur:
Formel 1 :
Das Ergebnis der Formel 1 liegt in Bogenminuten vor. Um Grad zu erhalten, teilt man es noch durch 60 und schlägt den gefundenen Wert (X) der errechneten Elevation zu.
Formel 1.1 : ELneu = EL + X
Dadurch ergibt sich für den Satelliten, neben der höheren Elevation, ein früheres AOS und ein späteres LOS als nach den Keplerelementen berechnet.
Eine alternative Formel habe ich gleich als Funktion für die Einbindung in Satellitenprogramme ausgeworfen:
Formel 2:
FUNCTION Refraktion(el:REAL):REAL;
VAR el1:REAL;
BEGIN
el1 := 1.02/Tan(el+10.3/(el+5.11))/60;
refraktion := el+el1;
END;
Der Funktion wird die vom Programm berechnete Elevation übergeben, Funktionsergebnis ist dann die um die Refraktion verbesserte Elevation des Satelliten. Die Funktion ist für eine Standard-Luftschichttemperatur ausgelegt, wie sie in unseren Breiten häufig vorkommt.
Gute
Satellitenprogramme[2] berechnen die Elevation unter Berücksichtigung der Refraktion gleich mit, ohne dass dies besonders erwähnt wird. Es fällt vielleicht dann auf, wenn Vergleiche mit anderen Programmen erfolgen, die mit dem gleichen Keplerdatensatz rechnen. Hier kann man dann bei kleinen Satellitenhöhen feststellen, dass diese Programme permanent eine kleinere Elevation anzeigen. Solche Programme zeigen einen Satelliten z.B. unter dem Horizont an (negatives Vorzeichen bei Elevation ) obwohl man ihn bereits hören kann.3 Dämpfung der Atmosphäre
Bei flachen Elevationen hat das Uplinksignal einer Bodenstation einen längeren Weg durch die Atmosphäre zurückzulegen als bei höheren Elevationen. Das Signal wird also stärker gedämpft und produziert im Transponder ein entsprechend schwächeres Signal, das als Downlinksignal auf dem Weg zur Erde erneut durch die Atmosphäre gedämpft wird. Der Rausch-/Störabstand solcher Signale kann sich daher deutlich von den sonst gewohnten Durchschnittssignalen unterscheiden. Auch "kräftige" Stationen leiden unter diesem Effekt.
Durch diese Erscheinung ist u.a. damit zu rechnen, dass man bei einem QSO zwar noch die Gegenstation - aber nicht mehr das eigene Signal zurückhört. Man sollte sich dadurch nicht irritieren lassen und seinen eigenen Durchgang fortsetzen, denn in der Regel hört die Gegenstation das Signal, da es für sie nur einmal gedämpft erscheint und/oder dort die Elevation des Satelliten ggf. höher ist.
3.1 Überschlägige Berechnung
Ich habe nur eine brauchbare Formel zur Berechnung der atmosphärischen Dämpfung für den 10.5 GHz Transponder von AO-40/P3-E anzubieten. Für andere Frequenzen (2400 MHz oder 24 GHz) ist sie bisher nicht getestet und kann daher allenfalls nur als Anhalt benutzt werden.
Die Gleichung ist durch Messungen[3] an TV-Satelliten im Bereich von 10.5-12.7 GHz entstanden.
Formel 3 :
Dabei sind die Frequenz F in GHz und die Elevation des Satelliten im eigenen QTH in Grad einzusetzen. Der gefundene Wert (Az) ist die mit hoher Wahrscheinlichkeit zu erwartende atmosphärische Zusatzdämpfung in dB. Als kleine Funktion ausgedrückt ergibt sich:
Formel 3.1:
Function atmos_z(elevation,fGHz:real):real;var az:real;
begin
if (elevation < 90) and (elevation > 0) then
az:=(0.56-0.112*(11.8-fghz))/sinus(elevation)
else az:=0;
atmos_z:=az;
end;
Der Funktion werden die Frequenz in GHz und die Elevation in Grad übergeben, Funktionsergebnis ist die Zusatzdämpfung in dB. Die verwendete Sinus-Funktion muss in Grad rechnen.
4 Empfehlungen für Bodenstationen
Bodenstationen, die einen Satelliten bei sehr kleinen Elevationen erfolgreich nutzen wollen müssen insgesamt bestimmte Bedingungen erfüllen:
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In Richtung des Satelliten darf sich kein größeres Hindernis auftürmen, dass sich dämpfend auswirkt. Stationen im Flachland (Küstenregion) oder auf hohen Bergen sind damit eindeutig bevorzugt. |
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Man muss in der Lage sein, auch extrem leise Signale noch empfangen zu können. Das bedeutet einen gewissen Aufwand, die Empfangsrauschzahl niedrig zu halten. Das QTH selbst muss auch möglichst "ruhig" sein; in stark gestörten QTHs nutzt eine Gesamtrauschzahl unter 1dB nicht viel. |
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Die Polarisation der Antennen sollte anpassbar sein, um kurzzeitige Einbrüche des Signals durch Polarisationdreher - diese kommen in Horizontnähe oft vor - ausgleichen zu können. |
5 Literatur/Anmerkungen zum Thema
[1] Durch DF2LV und DC9ZP in Schleswig Holstein (Sörup ca. 1983-1986).
[2] AMSAT-DL Warenvertrieb
Satellitendienstprogramm DC9ZP und MMTrack DC9ZP[3] Thurl W., Ilsanker A., "Antennen für den Satellitenempfang", München 1993
Antennen für den Satellitenfunk
Wer seine Satellitenantennen selbst bauen will, sollte dazu meine Antennenbroschüre lesen, die es als PDF-Datei gibt und hier beschrieben ist.
Bearbeitungstand dieser Seite :
13.07.10
