Satellitenfunk

Amateurfunkkontakte ins All – Ein spannendes Betätigungsfeld

Nächster Funkpraxis-Workshop findet statt im Frühling 2024. Voranmeldungen nehmen wir gerne entgegen per Mail an info@lutz-electronics.ch – der Austragungstermin wird koordiniert, sobald die Teilnehmerzahl von 7 Teilnehmern erreicht ist.

Während der „Otto-Normalbürger“ den Begriff „Satellitenübertragung“ wahrscheinlich überwiegend allenfalls mit seiner eigenen Satellitenempfangsanlage in Zusammenhang bringt, mit der er seine Fernsehprogramme direkt ab Satellit empfängt, übt die Übertragung von Signalen über Satelliten auf lizenzierte Funkamateure einen ganz besonderen Reiz aus, denn sie empfangen nicht bloss Signale aus dem All, sondern sie dürfen viele Satelliten auch dazu nutzen, eigene Signale damit zu übertragen und so – unabhängig vom Zustand der Ionosphäre und somit von den KW-Ausbreitungsbedingungen – mit Gleichgesinnten in weit entfernten Gebieten der Erde zu kommunizieren.

Die „Amateurfunk-Community“ nutzte für Ihre Anwendungen – im Gegensatz zum „Otto-Normal-Satellitenfernsehzuschauer“ – über Jahrzehnte allerdings keine geostationären Satelliten, sondern künstliche Himmelskörper, die die Erde in kleinen Entfernungen von 160 – 2000km (auch „LEO“ für „Low Earth Orbit“ genannt) oder in elliptischen hohen Umlaufbahnen umkreisen (auch „HEO“ für „Highly Elliptical Orbit“ genannt) – erst 2019 hat der Es’hail-2 als erster Geostationärer Satellit mit Amateurfunk-Transpondern die „Phase 4“ und somit auch für uns Funkamateure ein neues Zeitalter eingeläutet 🙂 .

Amsat Oscar 7 (AO-07) läutet 1974 eine neue AFU-Ära ein
Mit dem Start von AMSAT OSCAR 7, kurz „AO-07“ (OSCAR steht für Orbiting Satellite Carrying Amateur Radio) wurde bereits in den 1970er-Jahren eine neue Ära für diejenigen Funkamateure eingeläutet, die keine Möglichkeiten hatten, die im KW-Bereich aufgrund der genutzten Wellenlängen erforderlichen grossen Antennensysteme aufzustellen und trotzdem und unabhängig von „Tropo-“ oder „Sporadic E – Ausbreitung“ Verbindungen über mehr oder weniger grosse Distanzen zu überbrücken. Der AO-07 wird als Satellit der „Phase 2“ bezeichnet und wurde 1974 in seine Umlaufbahn gebracht. Er ist noch heute benutzbar, sofern seine Solarpanels genügend Sonnenlicht erhalten; die Batterie war bereits vor einigen Jahren ausgefallen.

Durch seine niedrige Umlaufbahn ist auch der Bereich eingeschränkt, in dem AO-07 jeweils zur gleichen Zeit erreichbar ist – man nennt diesen abgedeckten Bereich auch „Footprint“. Zudem führt die niedrige Flughöhe von LEO-Satelliten zu sehr kurzen Überflügen von jeweils lediglich 10 bis maximal 20 Minuten, während derer sie gearbeitet werden können. Das Führen von QSO’s stellt eine Herausforderung dar, die insbesondere zu Beginn ein grosses Mass an Koordinationsfähigkeit voraussetzt: Neben der ständigen Anpassung von Elevation und Azimuth der eigenen Antennenanlage muss auch die Sendefrequenz laufend nachgeführt werden, weil sich aufgrund des Dopplereffekts die Sende- und die Empfangsfrequenz des Satellitentransponders laufend auseinander bewegen. HB9NBG hatte sich in den frühen 1990er-Jahren sehr intensiv und erfolgreich mit dem Amateurfunkbetrieb über die hoch fliegenden AO-10 und AO-13 beschäftigt (siehe Erläuterungen später). Nachdem diese Satelliten leider seit vielen Jahren nicht mehr zur Verfügung stehen, hat sich René nach mehreren Jahren Pause 2013 wieder einmal an die Kommunikation über Satellit „herangewagt“. Die gesamte Abwicklung erfolgte dabei „in Handarbeit“ – werft doch mal einen Blick ins folgende, schon etwas nostalgisch anmutende Video rein; es zeigt, dass selbst erfahrene Funkamateure ganz schön ins Trudeln kommen können….

AO-07 arbeitet in den Modi V/T (ehemals A) und U/V (ehemals B) – interessant ist aus unserer Sicht der Mode V/U, weil VHF und UHF durch Vorgänge in der Ionosphäre nur sehr eingeschränkt beeinflusst werden: An Board verrichtet ein invertierender Lineartransponder seine Arbeit; d.h. gesendet wird in LSB und empfangen wird in USB, wobei eine Uplink-QRG im oberen Empfangsbereich des Satelliten eine Downlink-QRG im unteren Ausgabebereich des Satelliten ergibt.

Die Übertragungsbereiche (Mode U/V) gestalten sich bei AO-07 wie folgt:
Uplink: 432.175 – 432.125 MHz LSB
Downlink: 145.925 – 145.975 MHz USB

Zur Berechnung der „Auf- und Untergangszeiten“ eignen sich Programme wie SAT-PC32 oder HRD (Ham Radio Deluxe). HRD ist in der Version 5 im Netz zum freien Download verfügbar. Auch HAM OFFICE 6, ein sehr leistungsfähiges Logbuchprogramm, bietet eine integrierte Funktion zur Berechnung von Satelliten-Flugbahnen (siehe Bild der Oberfläche von HAM OFFICE 6 weiter oben).

Satellitenbetrieb aus dem Shack

Leistungsfähige Richtantennen für VHF/UHF, wie sie im Contest- und DX-Betrieb auf 2m und 70cm ihre Anwendungen finden, eignen sich auch hervorragend für den Funkbetrieb über Satellit. Das Bild zeigt unsere eigene 2m/70cm-Antennenanlage, bestehend aus eine 13-Element-Yagi für 2m und einer 21-Element-Yagi für 70cm aus dem Hause TONNA. Um Dämpfungen in den Zuleitungskabeln zwischen Antennen und Shack zu kompensieren, ist die Installation von leistungsfähigen Empfangs-Vorverstärkern möglichst unmittelbar am Antennen-Speisepunkt unumgänglich. Ausgezeichnet eignen sich hier hochwertige Produkte von SSB-Electronic. Besonders bei denjenigen Satelliten, die mit Downlink im 70cm-Band arbeiten, ist die zusätzliche Installation eines Bandpassfilters zwischen Antenne und Vorverstärker empfehlenswert; er „sperrt“ die „Harmonischen“, die beim Senden auf dem Uplink im 2m-Band entstehen – einfache Lösungen bieten hier die Bandpassfilter von DIAMOND. Um zuverlässigen Betrieb über „LEO-Satelliten“ von der Fix-Station gewährleisten zu können, ist ein Rotor, der sowohl im Azimuth (Himmelsrichtung) als auch in der Elevation (Neigung) verstellt werden kann, unumgänglich – wir empfehlen euch dafür den SPID RAS aus unserem Sortiment.

FT-991A und SDRplay RSP2pro oder RSP1A als empfehlenswerte „SAT-Kombination“
Da nur wenige aktuell verfügbare Transceiver Crossband-Betrieb ermöglichen, empfiehlt sich für den Satellitenbetrieb der Einsatz von zwei getrennten TRX, wobei ein Gerät für den Uplink, das andere für den Downlink eingesetzt wird. Optimal geeignet ist hier das FT-991A von YAESU, das sowohl 2m als auch 70cm sowohl in FM als auch in SSB beherrscht. Um sich nicht zwei TRX kaufen zu müssen, kann für den Empfang (Downlink) alternativ auch ein kostengünstiger SDR-Empfänger mit entsprechender Software eingesetzt werden (Bsp. SDRplay mit SDR-Console). Noch sehr viel komfortabler funktioniert Satellitenbetrieb mit modernen Transceivern mit Full-Duplex-SAT-Mode wie dem ICOM IC-9700.

Arbeiten über FM-Satelliten mit kleinem Aufwand

Nachdem „hochfliegende“ HEO-Satelliten für Amateurfunkbetrieb derzeit nicht mehr verfügbar sind, stehen uns Funkamateuren als sehr interessante Alternative für den Einstieg in die Satellitenkommunikation mit geringem Aufwand Dutzende von kleinen Cubesats zur Verfügung. Sie umkreisen die Erde in hoher Geschwindigkeit mehrmals pro Tag, und führen vielfach Transponder für Phonie-Betrieb in SSB oder gar in FM mit an Board. Ohne grossen Aufwand ist mit einem YAESU FT-5D im „Split-Betrieb“ und einer ultraleichten Richtantenne von Arrowantennas FM-Betrieb über verschiedene Satelliten möglich. Arrowantennas bietet dafür ultraleichte, kombinierte Richtantennen für den gleichzeitigen Betrieb auf 2m und auf 70cm. Im folgenden kurzen Video stellen wir euch die Arrowantennas etwas näher vor – klickt doch mal rein und sehr selber, wie einfach und schnell die ultraleichte und leistungsfähige Richtantenne betriebsbereit ist und ein FM-QSO über den neuen Satellit AO-91 von Statten geht…

Folgende Satelliten können auch „portabel“ mit ARROWANTENNAS gearbeitet werden:

SO-50 (SAUDI-OSCAR 50):
Uplink: 145.850 MHz FM Subaudioton 67.0 Hz
Downlink: 436.800 MHz FM

AO-91:
Uplink: 435.250 MHz FM, Subaudio 67.0Hz
Downlink: 145.960 MHz FM

AO-92:
Uplink: 435.350 MHz FM, Subaudio 67.0Hz
Downlink: 145.880 MHz FM

AO-95:
Uplink: 435.300 MHz FM, Subaudio 67.0Hz (23cm-Uplink: 1267.300 MHz)
Downlink: 145.920 MHz FM

ISS:
Uplink (Europa): 145.200 MHz FM (Konfiguration Gerät wie im Relaisbetrieb mit Shift -600kHz) Crossband-Uplink: 437.800 MHz FM (Durch den Dopplershift variiert die Frequenz einige kHz!) Downlink: 145.800 MHz FM

Wer Glück hat, dem gelingt ein QSO mit einem der Besatzungsmitglieder. Die Aktivitäten der ISS-Crew beschränken sich allerdings zum grossen Teil auf Schulkontakte im Rahmen von Projektarbeiten. Die Empfangssignale sind insbesondere beim Einsatz von Richtantennen sehr stark.

FO-29 (FUJI-OSCAR 29):
Uplink: 146.000 – 145.900 MHz LSB
Downlink: 435.800 – 435.900 MHz USB
Der Satellit arbeitet mit einem sogenannten invertierenden Lineartransponder im Mode V/U.

EO-88:
Uplink: 435.015 – 435.045 MHz LSB
Downlink: 145.990 – 145.960 MHz USB
Der Satellit arbeitet mit einem sogenannten invertierenden Lineartransponder im Mode V/U.

AO-73 (FUNcub-1):
Uplink: 435.150 – 435.130 MHz LSB
Downlink: 145.950 – 145.970 MHz USB
Der Satellit arbeitet mit einem sogenannten invertierenden Lineartransponder im Mode U/V.

Unser kurzes Video (siehe weiter oben) verdeutlicht eindrücklich, dass Betrieb über Satelliten in FM schon mit geringstem Aufwand, sprich mit dem FT-5D von YAESU und der ARROWANTENNAS Arrow II 146/437-10WBP möglich ist. In unserer optionalen Vorprogrammierung, die wir für das FT-5D anbieten, sind auch die Up- und Downlinkfrequenzen inkl. Subaudio für den Betrieb über die „wichtigsten“ „LEO-Satelliten“ enthalten. Bei Kunden, die Ihr FT-5D bereits kostenpflichtig bei uns haben programmieren lassen, führen wir die „Nachprogrammierung“ der Satellitenfrequenzen beim Kauf einer ARROWANTENNA kostenlos durch.

Beim Betrieb in SSB über „LEO-Satelliten“ ist der Dopplereffekt eine Kenngrösse, welcher Beachtung geschenkt werden muss. Konkret bedeutet das, dass die eigene Sendefrequenz laufend nachkorrigiert werden muss, damit bei unserer Aussendung unser Signal immer auf derselben Empfangsfrequenz zu hören ist. Es ist dabei unumgänglich, dass man sich selber beim eigenen Durchgang „zurückhören“ kann. Eine einfache Möglichkeit diese „Vollduplex-Funktion“ bereitzustellen, ist der Einsatz einer Kombination von 2Stk FT-817ND von YAESU (siehe Beispiel Bild oben rechts). Der kleine Allband-Multimode-Transceiver ist vor allem bei SOTA-Aktivatoren sehr beliebt, eignet sich aber auch ausgezeichnet für den einfachen Einstieg in den Satellitenbetrieb in SSB.

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Satellitenfunk – ein Blick zurück und nach vorne

Eine neue Ära mit Phase 3 Anfang der 1990-Jahre
Mit AO-10 und AO-13 sorgten in den frühen 1990er-Jahren erste HEO-Satelliten (Highly Elliptical Orbit) für Aufsehen in der Amateurfunk-Community. Wie die Bezeichnung bereits erahnen lässt, umkreisten die Satelliten die Erde in einer hohen elliptischen Umlaufbahn. Nach AO-07, der als „Phase 2“ bezeichnet wurde, läuteten diese Satelliten die „Phase 3“ in der Amateurfunk-Satellitenkommunikation ein. Als „Perigäum“ wird bei HEO die Position des Satelliten bezeichnet, in welcher er der Erde am nahsten ist; sie liegt unter 1000km. Die erdfernste Position bezeichnet man als „Apogäum“; sie liegt mit einer Entfernung von 35‘786km zur Erde gleich hoch wie geostationäre Satelliten über dem Äquator „angeordnet“ sind. Durch die grosse Entfernung von HEO im Apogäum wurde ein grosser Footprint erreicht, was oftmals DX-Verbindungen beinahe rund um den Globus ermöglichte. Das Bild zeigt das Beispiel des „Nachfolgers“ von AO-13, dem AO-40, der unter der Bezeichnung „P3D = Phase 3 D“ im November 2000 mit einer Ariane-Rakete in seine Umlaufbahn gebracht werden sollte. Bereits beim Startvorgang wurden durch Probleme im Haupttriebwerk grosse Teile der Elektronik im Innern des Satelliten zerstört. Der Betrieb war so ausschliesslich im 2.4GHz-Band möglich, und durch den Ausfall der Batterie „verstummte“ der Satellit bereits 2004 für immer.

P4A (Phase 4)
Der erste geostationäre Amateurfunksatellit ist erfolgreich in den Orbit gestartet und seit 2019 QRV

Der neue, Geostationäre Nachrichtensatellit der Qatar Satellite Company mit der Bezeichnung „Es’hail-2“ ist am 15.November 2018 mit einer Falcon 9 Rakete erfolgreich vom Weltraumbahnhof Cape Canaveral in Richtung Weltall gestartet. In einer ersten Phase hatte der Satellit eine Testposition über Japan eingenommen, auf welcher seine Systeme vom Hersteller MITSUBISHI und dem Satellitenbetreiber Es’hailSat hochgefahren wurden. Nachdem der Satellit im Januar 2019 seine endgültige Position erreicht hatte, wurde er von AMSAT auf den Namen „Qatar OSCAR-100“ bzw. QO-100 getauft. QO-100 wurde schliesslich am 14.Februar in einer offiziellen Feier von der Qatar Amateur Radio Society (QARS) in Betrieb genommen und für Funkamateure weltweit zur Nutzung freigegeben – wir konnten dabei schon im Vorfeld bei der testweisen Freigabe des Narrow-Band-Transponders erste Funkverbindungen über QO-100 herstellen – das weiteste QSO darunter ging zu PY1SAN nach Brasilien (siehe dazu Video weiter unten). Laufend aktuelle Informationen rund um Amateurfunk über Satelliten und auch zur Mission QO-100 findet ihr auf der Website von AMSAT DL. Der neue Satellit sorgt bei den Funkamateuren rund um den Globus für Aufsehen, da es sich dabei um den ersten geostationären Satelliten handelt, der Amateurfunkverbindungen rund um die Uhr in Echtzeit und einem single-Hop von Brasilien bis Indien ermöglicht.

Kommunikation im Mikrowellenbereich stellt Funkamateure vor neue Herausforderungen
Der Funkbetrieb über Es’hail-2 ist für die Amateurfunk-Community eine spannende, neue Herausforderung, da Up- und Downlinkfrequenzen nicht wie bei den vorgängig beschriebenen LEO-Satelliten im VHF- und in UHF-Bereich liegen, sondern im 13cm-Band (2.4GHz) und im 10GHz-Bereich. Die Bereiche stellen hohe Anforderungen sowohl an das Sende- als auch an das Empfangsequipment; da die Dämpfungen auf derart hohen Frequenzen sehr gross sind, wird mit Konvertern gearbeitet, die Sende- und Empfangsfrequenzen so nahe als möglich an der Antenne von bzw. auf tiefere Frequenzen heruntermischen, die verlustarmer über längere Koaxleitungen „transportiert“ werden können. Man kennt das Prinzip bereits aus dem Satellitenempfang von Fernsehprogrammen; die hohen Empfangssignale im Bereich von rund 11 bis 12 GHz werden hier im LNB (Low Noise Blockconverter) auf die sogenannte SAT-ZF heruntergemischt, die im Bereich zwischen rund 1 GHz und rund 2.5 GHz liegt und mit deutlich geringerer Dämpfung über ein Koaxialkabel zum TV-SAT-Receiver geführt wird.

Erfolgreicher Start in den Orbit

Mit Spannung ist er erwartet worden – der Start des Es’hail-2 in den Orbit – und erfolgreich ist er schliesslich erfolgt am 15.11.2018 um 20.46. Nach einer Testphase auf einer „Zwischen-Position“ hatte der Satellit – inzwischen mit seiner neuen Bezeichnung QO-100 – im Januar 2019 schliesslich seine Endposition erreicht. Inzwischen sind die AFU-Transponder in Betrieb und viele Funkamateure im Footprint des Satelliten konnten bereits erste Verbindungen über den ersten Geostationären Amateurfunk-Satelliten herstellen. Details zu den Betriebsdaten des Satelliten und zu unserer Bodenstation erfahren Sie nachfolgend.

Es’hail-2 – Alles Wichtige auf einen Blick

Geostationäre Position im Orbit: 25.9° Ost

Transponder 1: Schmalband-Lineartransponder
Betriebsarten: SSB und CW Uplink: 2‘400.050 MHz – 2‘400.495 MHz Downlink: 10’489.505 MHz – 10’489.995 MHz. Bandbreite: rund 500 kHz (Kapazität für ca. 180 simultane Funkkontakte)

Transponder 2: Breitband-Lineartransponder für DATV
Betriebsarten: DVB-S Uplink: 2‘401.500 MHz – 2‘409.500 MHz Downlink: 10.475 MHz +/- 4MHz Bandbreite: 8 MHz

Wer noch kein Equipment für den Empfang des NB-Transponders von QO-100 hat, der kann hier schon mal Online in den Transponder reinhören: QO-100 WebSDR

ACHTUNG: Für den Sendebetrieb über Es’hail-2 ist eine Sonderbewilligung des BAKOM erforderlich
Der Uplink des Es’hail-2 Amateurfunk-Transponders liegt ausserhalb der zugelassenen Amateurfunkbänder in der Schweiz. Für den Sendebetrieb ist deshalb eine Sonderbewilligung des BAKOM erforderlich. Die Bewilligung muss schriftlich beim BAKOM beantragt werden. Unser Musterschreiben enthält alle dafür relevanten Punkte.

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Qatar OSCAR-100 –
Bei uns gibt’s alle Komponenten für den Betrieb aus einer Hand 🙂

Aktuelle Informationen rund um den OSCAR-100 findet ihr laufend in unseren News und auf der Seite von AMSAT DL.

Bei uns in Grindel sind sowohl Up- als auch Downlinkequipment betriebsbereit installiert, und eine Demonstration des SSB-Betriebs über Qatar OSCAR-100 ist während unserer Öffnungszeiten jederzeit möglich.

Wir beschäftigen uns seit dem Start des QO-100 intensiv mit dem Thema und haben mit den gesammelten Erfahrungen ein Komplett-Paket für QO-100 Sende- und Empfangsbetrieb lanciert, das inzwischen schon von Dutzenden Europäischer Funkamateure erfolgreich genutzt wird. Erspart euch deshalb das mühsame Zusammensuchen von einzelnen Komponenten für Ihr Equipment bei verschiedenen Herstellern und Lieferanten und kauft das „Gesamtpaket QO-100“, das optimal zu euren Anforderungen passt, am besten direkt bei uns 🙂 .

Bei uns gibt’s Kommunikation über QO-100 live

Nach unserem erfolgreichen ersten Empfangstest am 12.Februar 2019, also bereits am 1.Tag, an dem der NB-Transponder des QO-100 in den Test-Betrieb genommen wurde, hatten wir am 13.Februar 2019 bereits das Uplink-Setup bei uns installieren und in Betrieb nehmen können, so wie wir es nachfolgend präsentieren. Die ersten QSO’s sind damit – etwas improvisiert – aber erfolgreich über die Bühne gegangen, darunter u.a. auch PY1SAN . Bitte beachtet, dass wir unseren kurzen Sendetest fälschlicherweise im Segment durchgeführt haben, das grundsätzlich für Digimodes reserviert ist – wir entschuldigen uns! Schaut doch mal rein in unserer neues Video mit Informationen rund um den QO-100 – inkl. Live-QSO…

In den Monaten nach der Inbetriebnahme des QO-100 haben wir uns intensiv damit beschäftigt verschiedene Setups zum Arbeiten über den NB-Transponder aufzubauen und zu testen. Es hat sich dabei gezeigt, dass Satellitenbetrieb über QO-100 auch ein grosses Potenzial für Eigenbauprojekte bietet – gleichzeitig haben verschiedene namhafte Hersteller von Mikrowellenkomponenten mit Hochdruck an professionellen Up- und Downcoverter-Lösungen gearbeitet. Als offizieller Distributor der Komponenten des renommierten Deutschen Herstellers KUHNE-Electronic vertrauen wir für „unsere“ QO-100-Lösungen seit Anfang an auf das Know-How von KUHNE und haben anlässlich der Lancierung des neuen Downconverters MKU LNC 10 QO-100 kurz vor der HAM-RADIO bereits im Juni 2019 unsere bisherigen Erfahrungen im Bereich QO-100 in einem 2.Video für euch zusammengefasst:

Amateurfunk-Kommunikation ist ein sehr facettenreiches und spannendes Betätigungsfeld und für viele Funkamateure eine echte Alternative zum Betrieb auf den KW-Bändern, weil in Satelliten-Setups deutlich kompaktere Antennenlösungen zum Einsatz kommen, als sie für den Betrieb auf der Kurzen Welle erforderlich sind. Diese Seite soll euch einen kleinen Einblick in die grundsätzliche Funktionsweise der Satellitenkommunikation geben und euch den Einstieg etwas erleichtern. Braucht ihr noch Equipment? Dann wisst ihr ja, wo ihr uns findet 😉

Viel Spass auf den Satelliten und vy 73 de René, HB9NBG + 73/88 de Carine, HB9FZC