Wie bereits im Artikel über die Vorbereitungen zum Europatag der Schulstationen geschrieben sind wir gerade dabei eine Anlage für den Funkbetrieb über den ersten geostationären Amateurfunksatelliten QO-100 aufzubauen.

Zunächst benötigt man einen Sat-Spiegel. In unserer Sammlung fand sich ein älterer 1m Satellitenspiegel, der für Experimente zur Lichtbündelung benutzt wurde. Glücklicherweise fand sich auch noch die zugehörige LNB Aufhängung, so dass wir ganz guter Dinge waren erste Empfangsversuche durchführen zu können. Wie so oft steckt der Teufel aber im Detail, diesmal in Form des Durchmessers der LNB Aufnahme. Unser LNB benötigt eine Aufnahme für 4cm Durchmesser, an der Spiegelhalterung können aber nur 2,5cm LNBs angebracht werden.

So erwuchs die Idee zunächst Versuche mit einem leicht schielenden LNB durchzuführen. Hierzu wurde mit Hilfe der Software Onshape ein Haltebügel konstruiert und auf unserem 3D-Drucker gefertigt, der auf den unteren Teil der LNB-Halterung passt. Damit wäre der LNB rund 2cm aus seiner eigentlichen Position im Brennpunkt der Spiegelparabel angebracht. Der Versuch auch das untere Teil der Aufnahme zu konstruieren wurde schnell wieder aufgegeben, da die off-center LNB-Halterung von 3 Stangen gehalten wird. Das Ausmessen oder Berechnen der Winkel für die Aufnahmen der Stangen hätte zu viel Zeit in Anspruch genommen.

Doch bevor wir einen Versuch mit dem neuen Haltebügel unternehmen konnten kam uns der Zufall zu Hilfe: auf ebay-kleinanzeigen war in Bindlach ein 82cm Sat-Spiegel zu verschenken angeboten. Drei emails und einen kleinen Ausflug später und wir hatten einen Sat-Spiegel mit passender Aufnahme.

Zum von uns eingesetzten LNB: ein Problem bei der satellitengestützten Kommunikation im Gigahertzbereich ist die Frequenzstabilität der verwendeten Komponenten. Einen großen Einfluss darauf haben die verbauten Oszillatoren, die mindestens temperaturkompensiert sein sollten (TXCO). Aber selbst eine Stabilität von 2 ppm sind bei einer Empfangsfrequenz von 10 GHz noch immer 20000 Hz ! Bei einer Bandbreite der übertragenen Sprache von 2400 Hz kann das für dauerhaftes Nachstimmen am Empfänger sorgen, gerade wenn sich die Temperaturen am LNB ändern.

Deshalb entschieden wir uns für den LNB Bullseye der Firma Othernet. Dieser verfügt über eine Frequenzstabilität von 10 kHz und bringt somit die besten Voraussetzungen für einen konstanten Empfang mit.

Doch damit nicht genug. In einer weiteren Ausbaustufe ist geplant, den LNB über einen GPS disziplinierten Oszillator (GPSDO) auf die benötigten internen 25MHz zu pinnen. Dazu ist allerdings noch ein kleiner Umbau am Innenleben des LNB nötig, den wir durchführen werden, wenn der Rest der Anlage läuft.

Für die Stromversorgung des LNB haben wir eine Speiseweiche, ein sogenanntes Bias-T, gebaut. Dabei blockt ein Kondensator die auf der Signalleitung eingeschleifte Gleichspannung für den LNB in Richtung des Empfängers ab und sorgt gleichzeitig durch den Einbau einer Spule dafür, dass die Hochfrequenz nicht zur Gleichspannungsquelle abfließt, sondern zum Empfänger weitergeleitet wird. Das Wickeln der Spule mit der benötigten Induktivität und das Zusammenlöten der Bauteile waren schnell erledigt.

Als Empfänger benutzen wir ein Software Defined Radio von Analog Devices, einen Adalm Pluto. Vorteil hierbei ist, dass der Adalm Pluto anders als unser SDRplay auch zum Senden geeignet ist.

Die Stabiliserung der internen 40MHz des Adalm Pluto übernimmt ein GPSDO mini von Leo Bodnar. Hierzu besitzt die Rev. c des Adalm Pluto glücklicherweise zwei IPEX anschlüsse auf der Platine, die sich leicht nach außen führen lassen. Zwei Bohrungen für die SMA-Buchsen angebracht und schon hat der Adalm Pluto einen externen Taktgebereingang und -ausgang. In einer weiteren Ausbaustufe soll der GPSDO ein 25MHz Referenzsignal liefern, das dann gesplittet wird und einerseits an den LNB weitergereicht wird und andererseits von einem PLL Modul ADF4351 und einem Arduino auf 40MHz hochgetaktet wird und damit den Adalm Pluto stabilisiert.

Als Sendeantenne für den 2,4GHz Bereich bauen wir gerade eine Helixantenne nach DC8PAT. Die 3D-Drucke sind fertig und die Helix dank der Wickelhilfe auch mit dem 10mm² problemlos hergestellt. Bei der Herstellung des Reflektors aus 3mm Aluminium unterstützt uns glücklicherweise unser Hausmeister Herr Schäfer. Der Abgleich der Sendeantenne erfolgt mit einem NanoVNA V2.

Was uns aktuell noch fehlt ist der 12 Watt HF-Leistungsverstärker für das 2,4 GHz Band. Wir warten noch auf die Lieferung von dxpatrol aus Portugal.

Als Software zum Senden und Empfangen benutzen wir SDRconsole. Diese Software unterstützt den Adalm Pluto nativ, so dass das Einrichten mit Hilfe von Youtube Videos kein großes Problem war. Schön ist auch, dass sich mit Hilfe der Software wie oben bereits angedeutet ein vom Satelliten ausgesendetes Bakensignal als Referenz festlegen lässt um ein Driften der Empfangsfrequenz für einen stabilen Empfang herauszurechnen.

Das Ausrichten des Sat-Spiegels war dank Handyapp ebenfalls kein großes Problem. Die Android App SatFinder lite überlagert dem Kamerabild die Lage der geostationären Satelliten, Look4Sat gibt einem ein Zielkreuz für den korrekten Azimut und die richtige Elevation. Mit einem Blick auf SDRControl für maximale Empfangsstärke kann man die Positionierung des Sat-Spiegels optimieren.

So gelang es uns inzwischen zumindest empfangsseitig auf QO-100 QRV zu werden, die TX Seite ist am Werden. Wir berichten sobald sich hier Neuerungen ergeben haben!

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Wolfgang Lormes

DJ4QV, Diplomphysiker und Lehrer für Physik und Mathematik am Markgraf-Georg-Friedrich Gymnasium in Kulmbach.
Dort bin ich auch der MINT-Beauftragte, betreue die Robotik AG und das MGF-Lab, bin Fachschaftsleiter Physik und Sammlungsleiter sowie der Strahlenschutzbeauftragte, betreibe die Amateurfunk-Schulstation DK0MGF und führe eine Junior-Ingenieur-Akademie der Deutsche Telekom Stiftung.

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