QO-100 – TX

“Strak aan de band”

Zoals beloofd aan het eind van mijn eerste blog over de QO-100, zou ik een tweede blog schrijven als de experimenten met het zenden via de satelliet wat vorm had gekregen. Nou we zijn nu een paar maanden verder en heel wat verschillende antenneopstellingen. Daar draaide het bij mij voornamelijk om.

De uplink hardware bestaat uit een FT-818 met daarachter een SG-Labs transverter en een SG-Labs amplifier. Hiermee heb ik een stabiel signaal (de FT-818 en de transverter hebben allebei een ingebouwde TXCO) en voldoende vermogen om kabel- en antenneverliezen te compenseren. De PA is robuust van karakter, maar het is verstandig een een paar dB verzwakking tussen transverter en PA op te nemen. Hierdoor wordt het signaal schoner en krijgt de PA geen volle 2 watt voor de kiezen. Met behulp van SDR Console kun je heel goed je eigen signaal monitoren en ook de spectrum goed bekijken.

De modulatie is nog wel een dingetje. De FT-817/818 heeft van nature een slechte SSB modulatie. Het spectrum wordt maar slecht opgevuld door de standaard MH-31 microfoon. Er zijn op internet de nodige modificaties te vinden. Ik heb er echter ervoor gekozen om mijn Heil Proset maar weer eens uit de kast te halen en met een HC5 microfoonkapsel en de SSB modulatie op 100%, krijg ik voorlopig goede rapporten.

De eerste verbinding maakte ik met Harry, PA2HOS waarbij de antenne een WiFi grid was en de transverter direct achter de antenne gehangen. Een portable opstelling dus en ca. 2 watt in de Alpha AGA-2424. Een constructief prima antenne, maar wel met het probleem dat je niet de juiste circulaire (RHCP) polarisatie gebruikt. Het maakt niet uit of je de antenne horizontaal of verticaal laat afstralen. Wel onder de echte opstraalhoek, dus anders als bij een offset schotel. Mijn signaal was niet sterk, maar hoorbaar. Ik kwam ongeveer 8dB boven de transponderruis binnen. Tja er stond ook nog een stukje boom in de weg en misschien kon ik nog wat beter uitrichten. Maar…… het werkte en wat mij betreft al boven verwachting. Tijd dus om verder te gaan met de experimenten en een semi permanente opstelling te maken.

Ten eerste was het dus onvermijdelijk om ook de SG-Labs PA te gaan installeren. Ik had deze mee besteld en het was nu even zoeken hoe ik van de zuidkant van mijn huis naar de shack aan de noordwest kant moest komen. Uiteindelijk had ik een mooie opstelling in en buiten de badkamer gevonden.

De metalen waterpas als koelplaat. Erg strakke koppeling van de transverter naar de eindtrap. Het signaal was keihard en LEILA ( LEIstungsLimit Anzeige) kwam al snel waarschuwen dat mijn signaal veel te hard was en dus 3dB boven het CW baken uitkwam (>27dB). Maar ik was ‘strak aan de band’ en kon verder gaan experimenteren met antennes aan de de ene kant van het huis en aan de andere kant, in de schack, met de modulatie van de stuurset. De modulatie van de FT-818 moest ik, zoals al beschreven, behoorlijk verbeteren anders kreeg ik te veel klachten, vooral op het ‘Nederlandse kanaal’ op 10489680 MHz. Ondertussen gedoogde de XYL de kabels door het huis en in de badkamer! Alles was prima zolang ik maar niet het dak op ging 🙂

De WiFi grid werkt dus goed, maar 3dB verlies vanwege de polarisatie is jammer (vermogenshalvering) en zo’n WiFi grid op je dak is nogal groot. Ik wil graag een antenne op het dak hebben waar ook de andere antennes gemonteerd zijn. Dat is namelijk direct boven de shack en de kabellengte is dan minder dan 5 meter tot de antenneplug. Een schotel van 60cm zou ideaal zijn en gecombineerd met ontvangst helemaal mooi. Echter ik wil niet steeds het dak op voor onderhoud of opnieuw afregelen, dus de gekozen antennecombinatie moet robuust zijn en langere tijd probleemloos werken.

Voor een schotel (prime focus of offset maakt niet uit) zijn twee type zendantennes beschikbaar. Een zogeheten POTY (Patch Off The Year) een patch antenne die gecombineerd kan worden met de ontvangst LNB of een kleine Helical antenne. Het gebruik van een lange Helical of een Yagi, dus geen schotel, is zinloos en duur. Je hebt volgens de berekeningen van AMSAT-DL ongeveer 26dBW nodig voor een leesbaar signaal. Dat is zeg 4 watt op een antenne met 22,5dBi versterking. Dit geeft een SNR van ongeveer 17dB in de pieken bij een bandbreedte van 2,4KHz op de ontvanger van de satelliet.

De SNR waarde is de Signaal Ruis verhouding in dB’s die je bijvoorbeeld kunt aflezen op de websdr van IS0GRB. De SNR waarde is SNR_dB = P_signal,dB – P_noise,dB. Een paar relevante waardes zijn:

SIgnaal soort	Gegenereerd vermogen in 2,4KHz bandbreedte	SNR	S meter
Ruisvloer transponder	– 87 dB	0	7 –
Leesbaar signaal	– 81 dB	6	7 +
Modaal signaal	– 77 dB	10	8
Sterk signaal	– 70 dB	17	9
Hard signaal (te hard)	– 67 dB	20	9 +10

Terug naar de verschillende antennes. Hieronder een vergelijkingstabel van mogelijke antennes bij een zendvermogen van 5 watt en een demping in de kabels van 2dB. In de berekening van de winst van de offset schotel is gerekend een ‘aperture efficiency’ van 50%. Dit geeft aan hoe goed de schotel kijkt. Gebruik je een prime focus dan zal deze waarde ongeveer 65% zijn. De SNR waardes zijn opnieuw die van de IS0GRB ontvanger.

Antenne	Antenne winst	Opmerking	SNR
WiFi Grid	24dBi	Lineaire Polarisatie dus 3dBi eraf halen	16dB
64 cm offset schotel	21dBi	met Helical of POTY en RHCP via schotel	16dB
88 cm offset schotel	24dBi	met Helical of POTY en RHCP via schotel	19dB
1.1 m offset schotel	26dBi	met Helical of POTY en RHCP via schotel	21dB
40 winding Helix	16dBi	1,25 meter lang RHCP	12dB
14 el Yagi	15dBi	63cm lang, Lineaire Polarisatie dus -3dBi	8dB

Terug naar de 60cm schotel. Die zou theoretisch 21dBi moeten kunnen doen. Ik heb een POTY gemaakt en voor de schotel gemonteerd en inderdaad, het signaal was vrijwel gelijk met de WiFi grid. Ik had nog een Goodbay LNB en op aanraden van de satelliet collega’s heb ik de voorkant eraf gezaagd en aan de POTY bevestigd.

De zendkant werkte prima, maar de ontvangst was slechter geworden, ik was zo’n 10dB kwijt. Ook lag bij de 60cm schotel het optimale brandpunt voor de patch antenne ver naar binnen, waardoor de LNB ontvangst nog meer verslechterde. Ik moet hier duidelijk nog verder experimenteren. Er zijn veel amateurs die met deze POTY combinatie werken, maar vaak met iets grotere schotels dan mijn 60 cm en ja het is een compromis antenne. Enkele dB’s verlies treden op, maar zoveel als ik vaststelde wijst op andere problemen. Wordt dus vervolgd……

Omdat ik ook een 3½ winding Helix antenne had aangeschaft, heb ik deze ook maar eens voor de schotel geplaatst en dit gaf een zeer goed resultaat. De openingshoek is misschien wat groter bij 3½ windingen dan bijvoorbeeld 5 windingen, maar er kwam net zoveel signaal aan op de ontvanger van de satelliet als bij de patch antenne in het optimale brandpunt. De constructie van de Helix daarentegen is meteen zeer robuust en weerbestendig. Zeker gezien de plek waar de antenne op het dak komt, in de bescherming van een schuin zadeldak, uit de wind en regen. Dus heb ik besloten deze antenne eerst maar te gaan gebruiken op het dak en voor de ontvangst de tweede 60cm schotel die op een lager dak staat en bereikbaar is vanuit het badkamerraam. Zo kan ik met die schotel blijven experimenteren met de POTY oplossing.

De TRIAX schotel heeft een offset van 26 graden. Dat betekent dat voor QO-100 de schotel dus vrijwel loodrecht staat. Het maximaal uitrichten van de schotel doe ik met een klein uplink signaal uit de transverter (dus zonder eindtrap). De transverter heeft een SWR-indicatie dus dat is de eerste controle of de antenne (helix in dit geval) resonant is op 2.4GHz. Vervolgens met de smartphone het dak op. Smartphone niet op de WiFi laten, tenzij je 5GHz gebruikt, maar op 4G en dan surfen naar de websdr van Goonhilly of IS0GRB. Je kunt daar prima je signaalsterkte real-time aflezen en de antenne optimaal uitrichten.

Ondertussen alle apparatuur in de shack opgesteld. De transverter wordt met de eindtrap verbonden via kort kabeltje maar wel met een 6dB verzwakker (2 watt wordt 0,5 watt). Dit geeft een schoon signaal op de transponder en met maximale voedingspanning van 28 Volt op de eindtrap gaat LEILA af. Ondertussen nog een paar uitbreidingen gedaan met een relais en een speciale CAT/PTT kabel aan de FT-818 zodat ik de FT-818 kan gebruiken voor zowel zenden als ontvangen. Mijn LNB komt immers op 70cm uit, dus ik kan in principe zonder computer werken.

Echter ……. De FT-818 en SG-Labs zijn redelijk stabiel door de ingebouwde TXCO en de temperatuur in de shack is redelijk constant. De LNB buiten heeft weliswaar ook een TCXO, maar de temperatuur buiten kan ik niet constant houden 🙂 . De frequentie kan daardoor ongeveer +- 1kHz afwijken op 70cm en dus moet ik iets organiseren om de FT-818 transceive te krijgen. Daarvoor heb ik een programma in Python geschreven. Ik weet dat je ook heel mooi samen met SDR Console transceive kunt werken, waarbij je gelocked bent op het PSK Baken, maar dan moet altijd de PC aan. Ik heb een RPi met 7″ aanraak scherm op de plank staan dus……

De websdr van Goonhilly is mijn visuele monitor. Het python programma heeft de volgende functies:

• Display van de afgestemde QO-100 10GHz frequentie, berekend vanuit FT-818 VFO A RX frequentie + LNB IF frequentie +- Calibratie offset.
• RX frequentie VFO/A FT-818.
• TX frequentie VFO/B FT-818 berekend vanuit de QO-100 frequentie en de transverter IF frequentie.
• Door op BCN te klikken kun je excat op het baken afstemmen door te wisselen tussen USB en LSB. Het programma stemt de FT-818 VFO/A af op de vermoedelijke PSK baken frequentie.
  Stem de FT-818 vervolgens af tot je ongeveer dezelfde toonhoogte hebt als je wisselt tussen LSB en USB. (je moet ongeveer dezelfde lage reutel hebben ca. 100Hz.) Klik nogmaals op BCN en het programma berekend de nieuwe offset uit en gaat terug naar de frequentie waar je op afgestemt stond voordat je ging calibreren. Klik vervolgens op Update TX. Handig als je snel nog even wil calibreren voordat je een station aanroept. Ik hoef in principe maar af en toe te calibreren bijvoorbeeld als de temperatuur buiten sterk wisselt zodra de LNB in de zon komt ’s morgens en meestal bij het starten van het programma. Met pijl < en > kun je handmatig corrigeren als je bijvoorbeeld weet dat het tegenstation exact op een QO-100 frequentie staat.
• .680 brengt je RX en TX frequentie direct naar de nederlandse ’thuis’ frequentie: 10489680.
• CW zet de FT-818 in CW mode (zowel VFO A en VFO B) en terug in USB als je nogmaals deze functie aanklikt.
• .525 brengt de FT-818 vfo’s snel in de CW band.
• M1 tot M3 zijn geheugenkanalen en bewaard de QO-100 frequentie en daarmee dus zowel RX als TX frequentie. Met F kun je de geheugens overschrijven. De geheugens zijn leeg als je het programma start.
• Tune zet de zender aan zodat je een draaggolf uitzend (FT-818 in PSK mode en TX aan).
• Update TX. Hiermee kun je de zendfrequentie aan de hand van de huidige QO-100 frequentie instellen op VFO B. Dit kan niet real-time/ dynamisch omdat je de FT-818 om moet schakelen van VFO A naar VFO B om de TX frequentie in te stellen. Ik kan niet bepalen of je gestopt bent met draaien aan de afstemknop en dus leek me een ‘handmatige update’ eenduidiger.
• AutoTX heb ik in versie 2 toch maar ingebouwd. Een soort semi automatiche update die als er niet aan de afstemknop gerdraaid wordt en de FT-818 in ontvangst mode staat na 4 seconden te zendfrequentie update als deze niet overeenkomt met de berekende QO-100 frequentie.

Het programma is te vinden op GitHub/pa3ang en kan OS onafhankelijk gebruikt worden. Het programma is geschreven tegen Python versie 3 en de geometrie van de GUI is getuned voor de RPi.

Omdat je vaak meer luistert dan dat je zend is het niet nodig om steeds te kalibreren of om de juiste QO frequentie in beeld te hebben en de zendfrequentie te updaten. In de praktijk vind ik het werken met de FT-818 in combinatie met dit programma het prettigst. Je kunt makkelijk en min of meer ‘stand alone’ standby zijn op de satelliet en onafhankelijk zijn van een grotere PC. Uiteraard zijn er ook oplossingen te bedenken waarbij je de IF frequentie van de up- en downconvertor zo kiest dat je volledig transceive bent en alle oscillatoren vergrendeld op bijvoorbeeld een GPS signaal. Er is wel een klein nadeel. Je bent niet full duplex zoals aanbevolen door AMSAT-DL, maar omdat ik op de RPi ook monitor via een websdr kan ik mijn signaal ‘bewaken’ tijdens zenden.

Het directe alternatief is SDR Console. Gebruik je SDR Console sowieso al, omdat je bijvoorbeeld een standaard LNB hebt die samen moet werken met een RTL Dongle op 739MHz, dan kun je de transceiver ook laten besturen en locken door SDR Console op het PSK Baken. Dit werkt heel mooi en real time. Je kunt nu ook supersnel over de 500kHz surfen (kijkradio noem ik dit vaak) en je uplink zender gaat direct op de juiste transceive frequentie staan. Dus zeker ook aan te raden en je bent dan volledig duplex. Schakel hiervoor de opties Geostationary Beacon en Externe Radio aan en geeft de up-converter offset frequentie in. Uiteraard Omni Rig laden op de pc en nog wat toeters en bellen instellen, maar dan heb je ook wat.

Overigens voor de RPi is nog een mooi programma beschikbaar. Kijk maar eens op GitHub/dj0abr

Conclusie is dus dat het niet moeilijk is om QRV te zijn op de QO-100. Er is een ruim aanbod van upconvertors (DX Patrol, SG-Labs, Kuhne, PE1CMO) en ook versterkers om op een confortabele 8 watt te komen. Eigenlijk is je budget hier bepalend hoe makkelijk je de componenten wil samenstellen. De Kuhne upconvertor is bijvoorbeeld geheel compleet, maar kost heel wat eurootjes. Hou ook rekening met de stuurzender. Die moet goed stabiel zijn anders blijft je signaal nog steeds wandelen. Er zijn ook nogal wat amateurs die een SDR radio gebruiken bv. de Adalm Pluto of een LimeSDR. Dit werkt samen met SDR Console en is zeker een goede en vaak goedkopere manier om QRV te geraken op de satelliet.
Qua antenne is een 88cm Triax schotel een goede keus. Expererimenteer met de POTY om een combinatieantenne te maken en maak je niet te druk of je wel het hardste station bent. 5 Watt en 19dB (zie tabel boven) is hard genoeg voor leuke QSO’s. Houdt wel goed in de gaten wat voor connectors en coaxkabel je gebruikt. Chinese connectors geven zo maar 2dB verlies en verloopjes zijn rampzalig.

Tenslotte kan het gebeuren dat je signaal plots enorm zwak is geworden op de satelliet. Dan komt dan niet doordat de antenne is verdraaid, de kabel doorgeknaagd of de eindtrap stuk, maar er hangt een dikke regenbui boven je. Trajectdemping op de 38870km naar de satelliet is een interessant fenomeen. Bovenop de reeds aanwezige demping van 192dB kan zomaar 3-6 dB bijkomen door een heftige sneeuw of regenbui.

Tot werkens op de QO-100.

Als aanvulling op de blog nog een schematische weergave van mijn setup.