初级爱好者的月面反射通连探索


利用简单设备进行长距离通连

作者:Clair Cessna,呼号K6LG

翻译:LifeWieller

本文已发表于《电子制作》2015年4月刊

 

月面反射通信一直以来是拥有大功率电台和巨大天线阵列的爱好者们活动的园地,直到近几年以JT65B(physics.princeton.edu/pulsar/K1JT)为代表的弱信号数字通信模式的出现,使得利用较新型号的电台进行月面反射通信成为可能。

和其他许多火腿一样,我很久没有关注这些了。恰好我的设备可以通过增加附件实现小功率月面反射通连。在2010年4月18日,我在朋友那里听到了他和KP4AO,阿雷西博天文台业余无线电台在432MHz上以CW,SSB和JT65B模式进行的通连——那是我第一次听到从月球反射回的通连信号[J. Taylor,呼号K1JT,A. Vazquez,呼号WP3R,J. Breakall,呼号WA3FET,《Moonbounce from Arecibo Observatory》,QST,2010年8月刊,页码62-65]。John Oppen,呼号KJ6HZ使用的是由4个八木天线构成的阵列,但简单的手持八木同样可以接收到月面反射信号。在我尝试月面反射通连的过程中,John耐心的指导使我获益颇多。

 

通连设备准备

几年之前,我曾活跃在高轨道业余无线电卫星通连领域。我的设备,Yaesu FT-847电台,旧的东京HY-POWER公司HL-120U功放(额定40W-60W连续功率输出)及内置前置放大器和Yaesu G-5400(方位-仰角)天线旋转器便是那时候添置的,但是还没有八木天线。

很幸运,我从朋友那借到一套M2432-9WL天线。这套天线是28单元9波段八木天线,具有17dBd(19.15dBi)增益。同时他还制作了两根N型接头同轴线——8英尺,从功放到天线的连接线和40英尺,从功放到电台室的连接线。之后我又增添了一台ARR自动切换前置放大器(17.7dB增益,0.6dB噪声系数)替换掉噪声系数较大的功放内置的前置放大器。

整个天线和天线旋转器用10英尺高的钢柱支撑,天线和旋转器通过钢夹固定,以便于调节天线极化方向(如图1所示)。21英尺长的八木天线两端通过棉绳系在中间垂直的PVC管上以防止两端天线单元下垂(如图2所示)。

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功放、前置放大器和电源放置在平板车上,在进行通联时移至天线下方以减小功放和天线间馈线长度,减小损耗(如图3所示)。

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除此之外,在平板车上还有一个户外有线遥控开关和与天线旋转器控制器相连。这样,在通联时就可以依靠目视调节天线方向和极化,使天线指向月亮。当天线接近水平时可以站在梯子上进行调节。由于八木天线最大辐射范围比较宽,只需每隔5-10分钟调整一次天线指向。

至于极化,八木天线的一个优点是极化方向可以通过旋转横杆调节。在JT65程序的月球数据中给出了接收一些地面站需要的的空间极化角。例如,在南加利福尼亚州接收欧洲电台以水平极化发送的信号就需要将天线调节至垂直极化。这只是一个例子,因为信号穿过电离层时极化角可能会发生变化。同样,若发射方为垂直极化,接收方天线水平极化时收到的信号最强,反之亦然。

 

软件准备

经过几年的发展,由Joe Taylor(呼号K1JT)提出,并和其它合作者共同完善的JT65数字通信模式成为最适合小功率月面反射通连的通信模式[S. Ford,呼号WB8IMY,《JT65——The ‘Musical’ Mode》,QST,2011年4月刊,页码45-46。反馈,QST,2011年7月刊,页码64]。JT65利用电脑声卡进行调制解调。如果你曾使用PSK等数字模式通联过,只需从Joe的网站上下载免费软件即可。在尝试通联之前,你需要熟悉JT65工作模式。JT65常用的工作频率为7.076MHz和14.076MHz,在这两个频率上JT65信号通常比较强且稳定。(JT65A通常在短波段使用,JT65B为月面反射通连优化,这两种模式在操作上没有区别。)阅读相关文档并练习直到能够熟练使用JT65模式进行通联。

JT65模式将发送内容压缩编码成标准化数据包,然后使用FSK调制方式发送。每个数据包包含一个同步编码和64个数据编码。在接收方数据被解码还原为原始数据。数据包以1分钟为一个时间片自动发送,只有接收到所有数据包之后才会开始解码过程。在两部电台进行通联时,一部电台在奇数分钟发送,另一部电台在偶数分钟发送,因此准确的时间对于正确接收非常关键。在每次操作前我会将电脑时间与网络时间进行同步。

虽然每个数据包最多可发送13个任意字符,但使用标准格式消息可以提高信息传输可靠性。双音简写消息RO,RRR和73比标准格式消息可靠性更高,在信号强度低于标准格式消息5dB情况下仍然可以解读(见表1)。

 

辅助工具

对于火腿,特别是刚接触月面反射通连的火腿,可以借助软件方便通联。EME Loggers是一个很好的辅助工具,特别是对于新手。你可以看到在某个频率上进行通联的火腿,并且可以计划通联时间。VK3UM EME Planner可以提供某个具体电台的天文数据,并且可以提供双方的月球通信窗口,包括UTC,当地时间,月球方位、高度,多普勒频移,空间极化,路径衰减,空间背景辐射(sky temperature)等信息,方便计划通联。

JT65软件本身能够实时显示月球和传输路径的天文数据。但是,月球反射条件会随时间变化。如果某个周末月球反射条件预计良好,那么就可以计划更多的活动。Nova及类似的程序,或www.vhfdx.info/w5luu.html、www.vhfdx.info/emecalendar.html之类的网站可以提供活动计划所需的数据。

小功率月面反射通连相比小功率短波通联困难得多,尤其是在432MHz频段。只有很少电台工作在这个频段上,大部分电台工作在月面反射通连常用的2m频段上。在432MHz频段很难通过扫描发现电台。我通联过的火腿都会提前计划,并使用大功率电台及大天线阵列在这个频段通联。他们中的多数很乐意帮助我们这些“菜鸟”。

这些火腿中,很多曾经使用30W电台和小型八木天线进行月面反射通连。在通联之前我会发邮件联系他们安排通联时间,在约定的时间通过HB9Q日志/聊天页面(hb9q.ch)和他们联系。即便这样,我的第一次通联尝试还是失败了。

 

距离最长的通联

最终我通联成功了。Bernd,呼号DL7APV,在约定的时间和频率呼叫我。在瀑布图上他的信号清晰可见,并能从音箱中听到。我尝试呼叫他,然后坐在椅子上焦急的等待他的回复。1分钟的接收时间显得那么漫长。终于,他的回复在我屏幕上显示出来:K6LG DL7APV JO62 OOO。此时我已经难以抑制激动之情。在我进入业余无线电60年之后完成了第一次月面反射通连。

此后,我又很幸运的得到了Al Katz,呼号K2UYH的帮助。Katz以他对新手的帮助和指导为人所知,同时是432 AND UP月面反射通连简报的编辑。经过几次失败的尝试,我们完成了我的第二次月面反射通连。

之后,我尝试使用CW进行月面反射通连,但这需要对我的设备进行全面升级。当然,你能通联到的电台数量和你的电台功率和天线增益直接相关。在刚开始时,你可以在2m波段通联,在这个波段有大量电台进行月面反射通连。

我非常感激我的朋友John(呼号KJ6HZ)对我的指导和支持;Dave(呼号W6DL)提供的八木天线和制作的馈线;Dave(呼号WB6OVZ)制作的遥控开关和提供的宝贵建议,以及Rein(呼号W6SZ)提供的帮助。感谢这些资深火腿对我的帮助和支持。这是业余无线电精神的最好体现。同时特别感谢Joe(呼号K1JT)的付出使得这一切成为可能。

向月球发射信号,经过240,000英里到达月球,经月球反射再次经过240,000英里传回地球,被地球另一侧的火腿接收到——这便是通联的终极方式。动手吧!

 

所有照片由Clair Cessna(呼号K6LG)拍摄。

Clair Cessna,呼号K6LG,ARRL会员,业余无线电高级操作员。1949年,Clair在他15岁时第一次获得业余无线电执照,呼号是W6GZP。在他从高中科学教师岗位上退休后,Clair在他任教学校的业余无线电俱乐部担任顾问。Clair活跃在从160m波段到UHF的各个频率,使用多种模式进行通联。Clair喜欢参加CW通联比赛。目前Clair担任Riverside县业余无线电协会秘书。他的地址是3975 Madrona Rd, Riverside, CA,邮编92504,邮箱k6lg@arrl.net

图1:天线和钢夹之间的PVC衬套,方便转动天线以调整极化方向。

图2:安装在(方位/仰角)天线旋转器上的28单元八木天线

图3:功放、前置放大器和电源安放在平板车上。当天线接近水平时可将功放放在较高的平台上,平台同时可起到遮阳作用。图中左边电源上的是天线旋转器控制开关盒。

表1:奇数分钟                         偶数分钟                        信息含义

1       CQ K2UYH FN20                                                CQ呼叫,grid(?)

2                                               K2UYH K6LG DM13   K6LG回复,grid

3       K6LG K2UYH FN 20 OOO                                 K2UYH收到K6LG回复

4                                               RO                                 K6LG收到K2UYH报告

5       RRR                                                                       K2UYH收到报告并确认

6       73                                                                          73

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