AMSAT-HB ist Kollektivmitglied der USKA

V3.5 Erweiterte Station mit Polarisationsumschaltung

Niveau: K5 Analysieren bis K6 Entwickeln

Zeitbedarf: ca. 35 Minuten

Einstiegsfrage:
Deine Kreuzyagi ist fest auf rechtszirkular beschaltet. Was tust du, wenn ein Satellit trotz guter Ausrichtung schwach bleibt?

Die Idee

Die klassische Installation aus V3.4 kennt nur eine Polarisation. Die Station des Autors erweitert sie um einen Umschalter direkt an jeder Antenne.

Der Umschalter speist die beiden Ebenen der Kreuzyagi wahlweise einzeln oder mit 90° Phasenunterschied. So entstehen vier Stellungen: vertikal (V), horizontal (H), rechtszirkular (RC) und linkszirkular (LC).

Gesteuert wird er vom Shack aus über ein Bediengerät pro Band.

Prinzipschaltbild: Heimstation mit Polarisationsumschaltung Drei Empfangsgeräte links: Satelliten-TRX, Zweitgerät mit Interface und SDR-Empfänger. Pro Band ein Umschaltrelais, das die Strecke zum Satelliten-TRX oder über Weiche und weiteres Relais zu Zweitgerät oder SDR führt. Danach folgen Endstufe, Kabel, LNA, beim 70-cm-Band ein Bandpass, und an der Antenne ein Polarisationsumschalter mit den Stellungen V, H, RC und LC, der die beiden Ebenen der Kreuzyagi speist. Zwei Bediengeräte im Shack steuern die Umschalter. Ein Rotor-Interface führt die Antennen nach, zwei Sequencer schalten LNA und Endstufen. Satelliten-TRX Zweitgerät mit Interface SDR-Empfänger Relais Relais Weiche PA Kabel LNA PA Kabel LNA Bandpass V · H RC · LC V H 70 cm V · H RC · LC V H 2 m Rotor Rotor-Interface Bediengerät 70 cm Bediengerät 2 m Sequencer 70 Sequencer 2 m PTT HF Sequencer Polarisation Rotor
Erweiterte Heimstation: Ein Polarisationsumschalter an jeder Kreuzyagi wählt vertikal, horizontal, rechts- oder linkszirkular. Relais und Weiche verteilen die Bänder auf Satelliten-TRX, Zweitgerät und SDR. Eigene Darstellung nach Lipp (2017), Folie 24 (Stand 2017).

Die vier Stellungen

Stellungen des Polarisationsumschalters

Stellung Speisung der Kreuzyagi Ergebnis Wann sinnvoll
V nur die vertikale Ebene linear vertikal Satellit mit linearer Antenne, deren Lage gerade passt; Vergleichsmessung
H nur die horizontale Ebene linear horizontal Gegenstück zu V: schwindet V, kann H stärker sein
RC beide Ebenen, eine um 90° verzögert rechtszirkular (RHCP) Satellit sendet rechtszirkular; Normalfall vieler Stationen
LC beide Ebenen, die andere um 90° verzögert linkszirkular (LHCP) Satellit sendet linkszirkular, oder RC ist auffällig schwach

Linear gegen zirkular kostet konstant 3 dB. Gleicher Drehsinn: kein Polarisationsverlust. Gegenläufiger Drehsinn oder gekreuzte lineare Ebenen: starke Dämpfung durch Kreuzpolarisation.

Mit dem Umschalter findest du heraus, wie ein Signal gerade ankommt. Du schaltest durch und behältst die Stellung mit dem stärksten Signal.

Gekreuzte lineare Ebenen oder gegenläufiger Drehsinn heissen Kreuzpolarisation. Dort ist die Dämpfung am grössten.

Auf 2 m kann die Ionosphäre zudem die Ebene einer linear polarisierten Welle drehen. Auch dann lohnt sich ein Vergleich der Stellungen.

Wo sitzt der Umschalter?

In der Station des Autors sitzt der Umschalter zwischen Antenne und LNA. So genügt ein LNA pro Band.

Der Preis dafür: Die Verluste des Umschalters liegen vor dem LNA und erhöhen das Systemrauschen direkt (siehe V3.2). Der Vorteil: Mit dieser Konfiguration kann schnell auf Phasenänderungen reagiert werden, was bei einer fix konfigurierten Antenne - oder Linear polarisierten Antenne - ein paar dB Vorteil hat und entscheidet zwischen höhren oder nicht.

Die Alternative ist ein LNA pro Ebene vor dem Umschalter. Dann müssen beide LNA phasengleich arbeiten. Das verlangt eine Messung.

Weitere Geräte

Pro Band führt ein Relais die Strecke zum Satelliten-TRX oder über eine Weiche und ein weiteres Relais zu einem Zweitgerät oder einem SDR-Empfänger. So lassen sich etwa Telemetrie und Sprechfunk parallel aufnehmen.

Zum Vergleich: GB4FUN

Die britische Station GB4FUN arbeitete mit X-Quads für 2 m und 70 cm, Vorverstärkern an jeder Antenne und einem Parabolspiegel für 13 cm. Ein Downconverter setzt dort 2,4 GHz auf 145 MHz um. 

Drei Heimstationen im Vergleich (Stand der Folien 2017)

Merkmal Klassisch (V3.4) HB9WDF (Folie 24) GB4FUN (Folie 25)
Antennen Kreuzyagis 2 m und 70 cm Kreuzyagis 2 m und 70 cm X-Quads 2 m und 70 cm, Parabolspiegel mit 13-cm-Patch-Speisung
Polarisation fest rechtszirkular (λ/4-Umweg) umschaltbar V, H, RC, LC aus der Skizze nicht ersichtlich
Vorverstärker an der Antenne, per Sequencer an der Antenne, per Sequencer an jeder Antenne, mit eigenen Steuergeräten
Weitere Bänder – – 13-cm-Downconverter (2,4 GHz auf 145 MHz)
Geräte ein Satelliten-TRX Satelliten-TRX, Zweitgerät, SDR ein Satelliten-TRX, PC
Rotorsteuerung Az/El-Rotor mit Interface Az/El-Rotor mit Interface Az/El-Rotor mit eigenem Satelliten-Steuergerät
Schutz Sequencer Sequencer HF-Leistungsschutz im Sendeweg

GB4FUN war eine mobile Station von RSGB und AMSAT-UK. [PRÜFEN: heutiger Status GB4FUN und Erreichbarkeit der Quelle oh1sa.net]

Kontrollfrage

Du hörst einen LEO-Satelliten mit deiner Kreuzyagi in Stellung RC. Das Signal ist über den ganzen Überflug auffallend schwach, aber stabil. Wie gehst du mit dem Umschalter vor, und was schliesst du aus dem Ergebnis?

Lösung anzeigen
  1. Schalte auf LC. Wird das Signal deutlich stärker, kommt es linkszirkular an. Entweder sendet der Satellit LHCP, oder deine RC-Stellung erzeugt in Wirklichkeit den anderen Drehsinn. Das prüfst du an einem zweiten, bekannten Satelliten.
  2. Schalte auf V und H. Schwankt das Signal dort stark, und ist eine Stellung zeitweise klar besser, sendet der Satellit linear polarisiert.
  3. Bleibt RC die beste Stellung, liegt die Ursache nicht bei der Polarisation. Prüfe dann Ausrichtung, LNA und Kabel.

Merksatz:
Ein Polarisationsumschalter an der Antenne macht V, H, RC und LC wählbar. Du findest damit die passende Polarisation, statt mit Kreuzpolarisation zu kämpfen.

Mini Selbsttest

Mini-Selbsttest

Weiterführend

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