QFH anténa pre príjem skCUBE

Vypustenie družice skCUBE určite pritiahlo pozornosť viacerých ľudí. Dokonca aj takých, ktorí sa predtým o kozmické lety nezaujímali. Celý projekt je zaujímavý aj tým, že signály z družice môže prijímať hocikto s relatívne jednoduchým vybavením. V tomto článku chcem popísať jednu časť vybavenia – a to anténnu určenú na príjem skCUBE.

 

Ako na správny výber antény?

Začnem tým že nie každá anténna je vhodná na prijem signálov z družíc. Anténa ma hlavný účel – zosilniť signál tak aby mohol byt spracovaný vo vstupných obvodoch prijímača. Zosilnenie a smerovosť anténny sú na sebe závislé parametre. Anténna s veľkým zosilnením ma aj veľkú smerovosť – anténa vyžaruje do malého uhlu. V našom prípade musíme nájsť kompromis medzi dostatočným zosilnením a takou smerovosťou, aby sme nemuseli používať sledovacie zariadenie, nakoľko to zvýši zložitosť celého systému. Naša anténa teda musí byt citlivá na signál z hornej polosféry.
Z tohto hľadiska pre náš účel nie je vhodný vertikálny dipól a podobne jemu anténny. Aj keď sa jedna o najjednoduchšiu konštrukciu, na vyžarovacom diagrame vidíme, že tento typ antén ma veľký útlm signálu v zenite.

 

Obr,1: Vyžarovací diagram dipólu. Zisk 2.15 dBi.

 

Ako som už spomínal vyššie, nie sú pre nás vhodne ani anténny typu YAGI. Síce dosahujú slušné zisky (>9dBi) ale majú vysokú smerovosť. Ako vidíme na vyžarovacom diagrame, zóny vedľa horizontu nie sú vôbec pokryté.

 

Obr.2: Vyžarovací diagram YAGI 3 elementy. Zisk 9 dBi.

 

Aké antény sú teda vhodne pre náš účel? Odpoveďou sú antény typu QFH alebo Turnstile. Budem sa teda ďalej venovať konštrukcii QFH antény. Ako vidíme z vyžarovacieho diagramu, QFH anténa pokrýva hornú polosféru. Zisk pri horizonte sa veľmi málo odlišuje od zisku v zenite. Celkový zisk je 2.7dBi. Je to len o trosku lepšie v porovnaní s dipólom, ale pre náš účel je to postačujúce. Veľkou výhodou tejto antény je aj kruhová polarizácia. Vďaka nej nebudú vznikať úniky signálu spôsobené rotáciou satelitu. Pri použití dlhého kábla je nevyhnutné mat zosilňovač (LNA) umiestnený hneď za anténou. Tomu sa však budeme venovať v inom článku.

 

obr.3: Vyžarovací diagram QFH anténny. Zisk 2.7 dBi.

 

Konštrukcia QFH antény

 

Anténna pozostáva z dvoch slučiek: veľkej a malej. V našom prípade uhol zatočenia je 90 stupňov. Pre lepšie pochopenie je konštrukcia antény znázornená v nasledujúcich obrázkoch.

 

 

Na stavbu antény potrebujeme tieto veci:

1. PVC trubka s priemerom 30 mm a dĺžkou 500 mm
2. 4 malé priechodky na kábel
3. 1.5m jednožilového medeného kábla s priemerom žily 2mm
4. Koaxiálny kábel podľa potreby
5. SMA alebo BNC konektor

 

 

1) Odštikneme 2 kusy drôtu s dĺžkami 714mm a 774mm

 

 

2) Drôty narovnáme a spravíme na nich značky v miestach, ktoré sú znázornené na obrázku.

 

 

3) Na hornom konci PVC trubky prevŕtame 4 otvory do kríža a osadíme do nich káblové priechodky.

 

 

4) Od káblových priechodiek nameriame vzdialenosť 220mm a 238mm. Oproti sebe navŕtame diery s priemerom 2 mm. Dôležité aby diery boli navŕtané v jednej rovine s dierami do ktorých boli osadene káblové priechodky.

 

 

5) Do dier navŕtaných vo vzdialenosti 220mm osadíme krátky drôt. Ohneme ho do tvaru ako je ukázané na obrázku. Ohýbame v miestach, kde sme urobili značky. Je dôležité zachovať presný smer ohýbania.

 

 

6) Nadvihneme konce drôtu a strčíme do priechodiek. Drôt vyformujeme tak aby záhyb bol plynulý a spodne a horne ramená rovné a uzatvárali uhol 90 stupňov.

 

 

7) To isté zopakujeme aj s dlhým drôtom.

 

 

8) Konce drôtov zastrčených do káblových priechodiek vyberieme, odizolujeme 3 mm od kraja a pocínujeme. Strčíme naspäť do priechodiek.

9) Vo vzdialenosti 2-3cm od priechodiek navŕtame dieru podľa priemeru použitého koaxiálneho kábla. Koniec koaxiálu odizolujeme a strčíme do diery.

10) Konce drôtov zospájkujeme s káblom podľa nasledujúceho diagramu

 

 

11) Na záver navinieme balun kompenzujúci nesymetrickosť kábla. Pod priechodkami navinieme 4-5 závitov koaxiálu.

 

 

12) Tesne za balunom umiestnime SMA konektor. Robí sa to kvôli tomu aby neskôr sa v tomto mieste dal zapojiť LNA zosilňovač. Anténna je hotová!

 

Testovanie antény

 

Anténna ma parameter veľmi blízke ku vypočítaným. Signál zo satelitov začína anténa zachytávať tesne po tom ako satelit vychádza nad horizontom. Vypočítaná hodnota VSWR je 1.2-1.4. Bohužiaľ nemám k dispozícii potrebné prístroje na zmeranie skutočnej hodnoty. Zisk 2.7dBi nie je postačujúci na zabezpečenie dostatočného odstupu signál/šum, tak aby bolo možné dekódovať pakety. Budú nasledovať pokusy s LNA. Avšak fonicky a morse signál zachytáva veľmi dobre. Na obrázku je výsledok príjmu skCUBE.

 

 

Zdroj: