Текст
Спутники и цифровая радиосвязь
Спутники
и
Цифровая радиосвязь
- Знакомство с новыми видами цифровой связи
- Конструкции и схемы модемов, антенн и других аппаратов для приема информации от ИСЗ
Новая
Техническая Библиотека
ДЕСС
Г. Тяпичев
Спутники
и цифровая радиосвязь
ДЕСС
Москва — 2004
Scan AAW
Типичен Г. А.
Спутники и цифровая радиосвязь. —М.: ТехБук, 2004. - 288 с.
ISBN 5-9605-0003-5
1129140
Книга российского радиолюбителя с многолетним опытом работы в УКВ и спутниковой радиосвязи, воспитавшего не одно поколение радиолюбителей на базе радиолюбительских клубов и принимавшего деятельное участие в отслеживании Первого спутника Земли. Основное внимание уделено работе с цифровыми видами радиосвязи через искусственный спутник Земли (ИСЗ), расчету времени появления ИСЗ в зоне радиовидимости и компьютерным программам, которые можно использовать для этих целей. Представлены конструкции и схемы аппаратов и антенн (в том числе разработанных автором книги) для приема информации от ИСЗ, изложены технологии и тонкости изготовления и настройки этих аппаратов в домашних условиях. Много места уделено описанию самодельных модемов и других радиоаппаратов для приема цифровой информации от спутников.
Книга предназначена для широкого круга читателей, интересующихся вопросами спутниковой радиосвязи, а также для радиолюбителей, начинающих интересоваться приемом информации от ИСЗ.
Оригинал макет подготовлен О. К. Макаренко
ISBN 5-9605-0003-5
© Оформление, издательство ТехБук, 2004
Издательство и торговля научно-технической литературой фирма ДЕСС Тел.: (095) 955 9013, 955 9247; e-mail: dess@aha.ru
Все права по изданию и распространению на территории Российской Федерации и за рубежом принадлежат издательству ТехБук.
Перепечатка издания или его частей без разрешения владельцев авторских прав запрещена
Подписано в печать 01.09.2003. Формат 70x100/16. Печать офсетная. Бумага офсетная Печ. л. 18. Тираж: 2000 экз. Заказ 1126
ООО «ТехБук», 105264, Москва, ул. 9-я Парковая, д. 37/51, к. 1
Отпечатано с готовых диапозитивов в Академической типографии «Наука» РАН.Качество соответствует предоставленным оригиналам.
199034, С.-Петербург, 9-я линия, 12
Оглавление
Предисловие ............................................... 8
ЧАСТЬ I. СПУТНИКИ
Глава 1. ИСЗ для радиолюбителей .......................... 11
Начало эры спутников ................................... 11
Первый в мире ИСЗ ................................ 11
Они были первыми ...................................... 14
Как было в СССР ....................................... 17
Что такое AMS АТ ...................................... 21
Сегодня на орбитах ..................................... 22
Спутники с аналоговой аппаратурой на борту ............ 22
Спутники с цифровой аппаратурой на борту .............. 29
Спутники, которые находятся на орбитах, но НЕ ФУНКЦИОНИРУЮТ в настоящее время ................. 34
Другие спутники ....................................... 37
Новые проекты .......................................... 38
AMSAT-DL .............................................. 38
AMSAT-NA (Северная Америка) ........................... 38
AMSAT-F (Франция) ..................................... 39
AMSAT-LU (Аргентина) .................................. 39
AMSAT-ZL (Новая Зелландия) ............................ 39
AMSAT-CE (Чили) ....................................... 39
Эксперимент ЦНИИмаш ................................... 39
Космический плазменный эксперимент «ТЕНЬ» с участием радиолюбителей на МКС ................................ 39
Глава 2. Радиолюбительские ИСЗ ........................... 41
Спутники на разных орбитах ............................. 41
Информация в радиолюбительской сети .................... 48
О программе WinPack 6.70 ............................... 49
Глава 3. Расчет элементов орбит ИСЗ....................... 54
Кеплеровские данные .................................... 54
Как расшифровать кеплеровские данные .................. 56
Программа TRAKSAT ...................................... 58
Программа ORBITA ....................................... 60
Основные положения программы ORBITA_2 ................. 60
Практическая работа с программой ...................... 62
Глава 4. Связь через любительские ИСЗ..................... 66
Радиоаппаратура на ИСЗ ................................. 66
Что такое ретранслятор ................................. 66
Каким должен быть ретранслятор ......................... 66
Ретранслятор на ИСЗ .................................... 69
О расчете элементов орбит ................................ 72
Подготовка к работе с ИСЗ ................................ 73
Работа с МКС ........................................... 73
Работа с RS-20 ......................................... 77
Работа с АО-40 ......................................... 81
ЧАСТЬ II. СПУТНИКИ И УКВ
Глава 5. Как наблюдать за ИСЗ............................... 87
Требования к аппаратуре при работе с ИСЗ ................. 87
Требования к антенным системам ......................... 88
Требования к, приемной аппаратуре ...................... 90
Помехоустойчивость приемной аппаратуры ................. 92
Приемная аппаратура на RA3XB ............................. 93
Преселектор ............................................ 94
Конвертер для приема на диапазоне 29 МГц ............... 98
Конвертер для диапазона 145 МГц .........................100
Конвертер для диапазона 435 МГц .........................102
Конвертеры для диапазона 1296 МГц .......................107
Конвертер 1296/144 МГц ..................................107
Еще один конвертер на диапазон 1296 МГц .................108
Налаживание УКВ-аппаратуры ................................109
Гетеродинный измеритель резонанса — волномер ............109
Измерительная линия .....................................112
Двухпроводные измерительные линии .......................113
Грубая настройка приемной части .........................117
Измерение чувствительности приемника ....................117
Глава 6. Антенны для связи с ИСЗ ............................ 122
Основные особенности ......................................122
Немного о поляризации радиоволн .........................122
Немного о направленности антенн .........................123
Эффективность антенны и антенные усилители ..............124
Специальные антенны .......................................128
Спиральная антенна ......................................128
Примеры спиральных антенн ...............................130
Спиральная антенна для 1296 МГц .........................131
Зеркально-параболическая антенна .......................131
Параболоцилиндрическая антенна ..........................134
Изготовление антенны ....................................139
Еще один варцант конструкции этой антенны ...............140
Программа antennal ......................................141
Антенна ЗИГЗАГ ..........................................141
Изготовление полотна зигзагообразной антенны ............141
Увеличение эффективности зигзагообразной антенны ........145
Еще один вариант увеличения эффективности ...............148
Способы уменьшения размеров антенны ........................149
Настройка УКВ-антенн .......................................150
Настройка полуволнового вибратора ........................150
Настройка многоэлементных антенн типа «волновой канал» ...151
Настройка длинных антенн «волновой канал» ................154
Контроль согласования антенн .............................156
ЧАСТЬ III. СПУТНИКИ И ЦИФРОВЫЕ виды связи
Глава 7. Цифровые виды связи и программы для них ......... 158
Телеграф как цифровой вид связи .........................159
Принципы построения телеграфного сигнала ...............160
Программа CW_QSO работает с кодом Морзе ................165
Общие положения .......................................167
Перечень команд .......................................168
Подключение ...........................................169
Рабочий экран .........................................169
Работа на передачу ....................................170
Журнал ................................................171
Проверка скоростей передачи ...........................171
Компьютер и телетайп ....................................172
Как построен телетайпный сигнал ........................172
Как передать телетайпом символ ........................175
Программа RTTY_QSO — один из вариантов телетайпной программы ..............................................176
Общие положения .......................................176
Конфигурационный файл .................................177
Список команд .........................................177
Подключение ...........................................177
Рабочий экран .........................................179
Работа на передачу ....................................179
Журнал .............................................. 180
Пример ................................................180
Как выбрать лучшую из нескольких программ ..............181
Как выбрать программу для телетайпа ...................181
Программа RTTY-BBS — еще один пример применения телетайпа ..............................................184
RTTY-BBS — электронный почтовый ящик ..................185
Как работать с RTTY-BBS ...............................186
Коротко о самой программе .............................188
И еще немного о телетайпе .............................190
AMTOR — модернизированный телетайп ......................191
Принципы построения сигналов в AMTOR ...................191
Цифровая связь PACTOR ...................................192
Принципы построения сигнала в PACTOR ...................192
Программа TERMAN93 работает в режиме PACTOR ............196
О программе TERMAN93 ..................................196
Как подключить программу ..............................196
Конфигурационный файл .................................197
Наладка часов компьютера ..............................200
Работа с программой ...................................201
Некоторые особенности PACTOR ..........................202
Как передавать файлы ..................................202
Как осваивать работу в PACTOR ....................... 203
Packet Radio — один из главных видов цифровой связи .....204
Основные принципы построения сигнала в Packet Radio ....204
Что такое ПАКЕТ .......................................204
CeTbAMPR ...............................................209
FlexNet работает в сети Packet Radio ...................212
Основные принципы работы и состав FlexNet .............212
Новые виды цифровой связи ...............................213
PSK31 — работа с клавиатурой ...........................213
Обобщение о PSK31 .....................................217
О программе AO40RCV и других ...........................218
Немного о МТ63 .........................................219
Как работать в Packet Radio .............................220
Программа AGWPE ........................................221
Программа WinPack ......................................221
Модем MODEM22a .........................................224
Начинаем работать ......................................225
Глава 8. Модемы для радиосвязи............................ 226
Модемы универсальные ....................................227
Универсальный модем MODEM22a ...........................228
Схема модема ...........................................228
Настройка модема ......................................233
Другие варианты универсального модема...................235
Модем M0DEM21a ........................................236
Прочие аппараты .........................................238
Модем для CW ...........................................238
Схем а модема .........................................238
Отдельные узлы модема .................................239
Настройка модема ......................................241
Модем для частоты 215 кГц ..............................244
Схема модема ..........................................244
Отдельные узлы модема .................................245
Настройка модема ......................................250
Модем на 564ГГ1 ........................................251
Схема м од ем а .......................................251
Отдельные узлы модема .................................251
Настройка модема ......................................253
Подавитель импульсных помех ............................255
Фильтр-удвоитель .......................................256
Модем и звуковая карта компьютера .......................258
Три технологии в цифровой радиосвязи ...................258
Некоторые наблюдения и выводы .........................260
Что такое TNC ..........................................261
Технические характеристики TNC-2 ......................262
Устройство контроллера ................................262
Звуковая карта вместо модема ...........................263
Заключение ............................................... 267
Приложение А ............................................. 269
Приложение Б ............................................. 279
Список использованной литературы.......................... 285
Предисловие
Мир переживает информационный бум. Основной источник информации — сети Интернета, работающие по телефонным линиям, перестали удовлетворять постоянно растущим потребностям человечества в количестве и качестве информационных услуг. Требуются новые технологии, новые способы доставки информации из Интернета к потребителю. Кроме того, наша страна уникальна по своим размерам, и в ней есть еще множество достаточно больших регионов, где нет телефонных сетей. Одним из возможных решений этой проблемы является организация работы сети Интернет через искусственные спутники Земли (ИСЗ). В феврале 2003 года российское телевидение показало фрагмент выступления Президента нашей страны, в котором Президент заявил о том, что с помощью ИСЗ Интернет скоро будет доступен в любом уголке нашей страны.
Специалисты уже давно работают над решением проблемы спутников и космической радиосвязи, есть хорошие результаты. Но в общедоступной литературе эти вопросы не рассматриваются, хотя многие читатели с удовольствием пополнили бы свои знания по проблемам спутников и космической связи. В предлагаемой вам книге я хочу рассказать о наиболее доступных методах получения информации через аппаратуру, установленную на искусственном спутнике Земли.
Дело в том, что уже много лет на околоземных орбитах вращаются ИСЗ, на борту которых установлена аппаратура для любительской радиосвязи. В мире существует определенная категория людей, которые часы своего досуга посвящают радиосвязи, в том числе и с использованием аппаратуры ИСЗ. Эти люди называют себя любителями радио — радиолюбителями и фанатично преданы своему любимому занятию. Среди радиолюбителей есть и рабочие, и служащие, есть седовласые ветераны (вроде меня) и школьники, есть музыканты и ученые, есть крупные государственные деятели и даже ... короли.
Для получения через ИСЗ больших объемов информации используются каналы связи, одной из составляющих которых является микропроцессор. Радиолюбители для этих целей используют свои домашние компьютеры. Виды радиосвязи, в которых основную роль при формировании
сигналов играет компьютер, называются цифровыми видами связи. Таким образом, ИСЗ и тракт цифровой связи являются главными составляющими канала для получения информации, в том числе и из Интернета.
В этой книге мне хочется на простых примерах из радиолюбительской практики объяснить вам, что собой представляют ИСЗ с аппаратурой для любительской УКВ-радиосвязи, а также познакомить вас с основными видами цифровой радиосвязи, которые применяются в радиолюбительской практике. Рассказать, какие аппараты, антенны и другие устройства нужны для проведения цифровой связи с ИСЗ и как изготовить их в домашних условиях. Научить пользоваться компьютерными программами при расчете элементов орбит ИСЗ и при проведении сеансов цифровой связи.
Процесс приема информации от аппаратуры, установленной на ИСЗ, обеспечивается тремя составляющими:
• Собственно ИСЗ, его обнаружение и контроль за его состоянием и перемещением.
• Ультракоротковолновая радиосвязь (УКВ), которая наиболее подходит для работы с радиоаппаратурой ИСЗ.
• Цифровая связь, которая с помощью компьютера способна организовать передачу информации на очень больших скоростях.
Материал книги разделен на три части соответственно этим трем составляющим.
Часть I. Спутники
• Глава 1. ИСЗ для радиолюбителей. Излагаются основные исторические сведения о начале эры спутников. Представлена информация о всех ИСЗ с любительской аппаратурой на борту, которые находились на орбитах на момент окончания работы над книгой, с указанием адресов в Интернет, где можно получить справочную информацию по этим спутникам. Сообщается о новых проектах, связанных с ИСЗ, за рубежом и в России, в частности, о проекте головного научно-исследовательского института нашей космической отрасли — ЦНИИмаш.
• Глава 2. Радиолюбительские ИСЗ на разных орбитах. Рассказывается о принципах движения спутников по орбитам, о путях и методах получения нужной информации по ИСЗ, в том числе и из Всемирной радиолюбительской пакетной сети.
• Глава 3. Расчет элементов орбит ИСЗ. Описываются методы расчета элементов орбит ИСЗ и компьютерные программы, применяемые для этой цели.
• Глава 4. Связь через любительские ИСЗ. Подробно описываются принципы работы ретрансляторов, установленных на ИСЗ, и требования,
предъявляемые к ретрансляторам. Очень подробно описывается метод проведения анализа и подготовка к работе с Международной космической станцией (МКС), спутниками RS-20 и самым интересным спутником — АО-40.
Часть II. Спутники и УКВ
• Глава 5. Как наблюдать за ИСЗ. Описывается различная приемная аппаратура для работы с ИСЗ на У КВ-диапазонах. Приводятся схемы самодельной аппаратуры, установленной на радиостанции RA3XB. Объясняется, как можно настроить У KB-конвертер и другую УКВ-ап-паратуру в домашних условиях с помощью самодельных аппаратов, схемы которых приводятся.
• Глава 6. Антенны для связи с ИСЗ. Рассказывается об особенностях связи с ИСЗ, об эффективности антенных систем. Описаны конструкции нескольких специальных антенн, в том числе конструкция очень эффективной новой УКВ-антенны с зеркальным параболоцилиндрическим рефлектором. Эта конструкция в радиолюбительской практике применяется и описывается впервые. Достаточно подробно излагаются методы настройки различных УКВ-антенн.
Часть III. Спутники и цифровые виды связи
• Глава 7. Цифровые виды связи и программы для них. Достаточно подробно описываются все основные виды цифровой радиосвязи, применяющиеся в радиолюбительской практике: RTTY, AMTOR, PACTOR, Packet Radio и другие. По каждому виду дана оценка, в какой степени он применяется или может быть применен на ИСЗ. Подробно описан один из способов организации работы пакетной станции на базе программы WinPack.
• Глава 8. Модемы для радиосвязи. Представлены различные конструкции модемов, предназначенных для основных видов цифровой радиосвязи, и детальное изложение их изготовления и наладки в домашних условиях. Также рассказывается о методах применения компьютерных звуковых карт в качестве заменителей аппаратных модемов. Приводится краткое описание аппаратного контроллера TNC.
Желаю читателю успехов в расширении кругозора!
Геннадий А. Тяпичев — RA3XB
mailto: ra3xb@kaluga.ru
ЧАСТЬ I. СПУТНИКИ
Глава 1. ИСЗ для радиолюбителей
Уже много лет жители нашей планеты слышат о все новых и все более совершенных аппаратах, которые мощными ракетами забрасываются в околоземное пространство. Там, в условиях абсолютного холода и вакуума, вращаясь вокруг Земли на заданных орбитах, они исполняют предназначенную для них работу.
Искусственные спутники Земли (ИСЗ) прочно вошли в жизнь человеческого сообщества. Они широко используются и в мирных, и в военных целях. Каждый знает о спутниковом телевидении, спутниковой радиосвязи, об использовании спутников в разведке природных богатств Земли и в метеорологии, — и это далеко не полный перечень службы ИСЗ на благо человека. Наслышаны мы также о размещении на спутниках военного снаряжения, о спутниках-шпионах. Но мало кто знает о том, что существуют спутники, которые используются в радиолюбительских целях.
О том, что представляют собой радиолюбительские спутники, для каких целей они используются, как рассчитывается время появления спутника в зоне радиовидимости и какие спутники сейчас летают в космосе — вот примерный перечень вопросов, изложенных в первой части этой книги. Сначала я расскажу о первых спутниках, затем познакомлю с действующими сегодня спутниками, а в конце будут даны все доступные материалы о перспективе.
Начало эры спутников
Первый в мире ИСЗ
Когда в СССР появилась идея создания и запуска первого искусственного спутника Земли, все участники эксперимента надеялись на его успешный запуск, но никто не знал, сколько времени спутник просуществует: один день, неделю, месяц? Очень важно было принимать со спутника какие-то сигналы — только они могли доказать, что спутник находится на орбите. Было совершенно неизвестно, в каком пункте удастся принять сигналы,
какой должна быть чувствительность приемной аппаратуры. Ясно было только одно: нужно иметь как можно больше пунктов наблюдения. И тогда решили привлечь к эксперименту радиолюбителей. Институту радиотехники и электроники АН СССР поручили держать связь с радиоклубами ДОСААФ и редакцией журнала «Радио». Были выделены необходимые средства на оснащение аппаратурой 28 радиоклубов, расположенных в различных городах страны. Аппаратуру доставляли туда самолетами.
Начальников клубов пригласили в Москву, здесь им прочитали лекции о том, как наблюдать за радиосигналами спутника, дали рекомендации относительно конструирования специальной аппаратуры. Предварительно аппаратуру испытывали на военном аэродроме. Привезли туда маленький передатчик на 20 МГц — копию того, который был установлен на первом ИСЗ, и летали с ним на самолете, а на земле вели прием его сигналов.
Судя по воспоминаниям участников эксперимента, спутник представлял собой небольшой контейнер, в котором размещался малогабаритный радиопередатчик на частоту 20 МГц. Передатчик излучал несущую частоту, которая через небольшие промежутки времени прерывалась специальным таймером. В эфир шли короткие посылки, напоминающие непрерывную передачу телеграфных тире. Из контейнера выходила определенной длины упругая металлическая лента, которая использовалась как антенна. Питание осуществлялось от специальных электрических аккумуляторов. Срок работы передатчика зависел от времени работоспособности аккумуляторов.
Центральный радиоклуб СССР и другие радиолюбительские организации создали наблюдательные пункты, оснащенные очень приличной по тем временам аппаратурой в 28 населенных пунктах страны, в том числе в Магадане, на Камчатке и Сахалине.
Запуск спутника был осуществлен 4 октября 1957 года. Радиолюбители «схватили» спутник на самом первом его витке. Уже через четыре минуты црсле начала приема первых сигналов от спутника диктор Всесоюзного радио Ю. Левитан объявил о запуске в Советском Союзе искусственного спутника Земли.
Запуск спутника стал очень важным и интересным событием в жизни каждого человека. Ночами в ясную погоду можно было видеть, как по небу медленно перемещается маленькая светящаяся звездочка. Мы знали, что это летел спутник. Впоследствии выяснилось, что этим светящимся в небе предметом был не спутник, а одна из огромных ступеней ракеты, которая тоже летала вокруг Земли. Спутник был настолько мал по размерам, что отражение от него нельзя было заметить даже в мощный телескоп.
Так началась эра использования радиоаппаратуры на ИСЗ. Русское слово «спутник» с тех пор прочно вошло в обиход по всему миру. Изображе
ния первого спутника стали появляться в прессе, но каждое из них чем-то отличалось от других — так художники доносили до зрителей свое видение этого аппарата. Одно из таких изображений, взятое мною из старого архива, показано на рис. 1.1.
До тех пор еще никогда на Землю не приходили радиосигналы связи из-за пределов ионосферы, с движущегося космического объекта! В субботу, 5 октября, и особенно в воскресенье, 6-го, на любительских диапазонах творилось что-то невообразимое: все оживленно обсуждали происшедшее, делились впечатлениями и выясняли какие-то детали, спрашивали, на каких частотах работает передатчик, когда его лучше слышно, каков характер сигналов. Зарубежные радиолюбители поздравляли советских радиолюбителей с успешным запуском.
Радиолюбители активно вели наблюдения за радиосигналами спутника. Кроме советских радиолюбителей в наблюдениях участвовали коротковолновики ГДР, Чехословакии, США, Англии, Голландии, Японии, Австралии и многих других стран. Что же дали эти наблюдения? Прежде всего, систематический прием сигналов с борта спутника позволял судить, правильно ли работает радиостанция на спутнике, установить продолжительность ее действия, оценить работу источников питания. Уже это немало, так как станция находилась в необычных условиях и подвергалась воздействию малоизученных факторов. Некоторые радиолюбители кроме того, что делали привязку сигналов по времени, измеряли и их мощность. Такие наблюдения позволили определить величину напряженности электрического поля. По изменению тональности сигналов, так называемому эффекту Доплера, можно судить о параметрах орбиты спутника. Все эти эксперименты были исключительно важны для разработки и создания аппаратуры для последующих спутников.
Наблюдения радиолюбителей много дали и для изучения распространения радиоволн. Ведь до запуска спутника специалисты, изучающие прохождение радиоволн, зондировали ионосферу только снизу, а теперь это было сделано сверху. Наблюдения за характером прохождения сигналов позволили уточнить некоторые характеристики линий дальней коротковолновой связи.
Они были первыми
История создания радиолюбительских спутников начинается почти сразу же после запуска в Советском Союзе первого ИСЗ. На Западе его называли Sputnik 1. Через четыре месяца после запуска в СССР ИСЗ Sputnik 1 США запускают 31 января 1958 года свой ИСЗ под названием Explorer 1. И в это же время наиболее крупная радиолюбительская организация Северной Америки American Radio Relay League договорилась с командованием ВВС США о возможном запуске любительского спутника. Вскоре такой спутник был создан и 12 декабря 1961 года выведен на орбиту ракетой Discoverer XXXVI с космодрома Vandenberg в штате Калифорния. Это произошло только через четыре года после запуска первого ИСЗ в СССР. Любительский спутник назывался OSCAR I (Oscar Satellite Carrying Amateur Radio I).
OSCAR I весил примерно 4,5 кг и имел на борту небольшой передатчик, работающий в режиме маяка. Все это было изготовлено практически в домашних условиях группой радиолюбителей, именующих себя «командой OSCAR». Прием сигналов маяка наземными станциями позволял оценивать условия распространения радиоволн и температуру внутри спутника.
Вывод спутника на орбиту осуществлялся довольно сложно. Сначала спутник, который был вторичным грузом на транспортной ракете, доставлялся ракетой на промежуточную орбиту, а затем вспомогательное устройство выводило его на рабочую орбиту. Работа спутника продолжалась 22 дня, затем он вошел в плотные слои атмосферы и сгорел. Более 570 радиолюбителей из 28 стран прислали организаторам проекта данные о своих наблюдениях за работой спутника. В моем архиве не оказалось ни одного изображения этих спутников, поэтому на рис. 1.2 представлено изображение спутника АО-16.
OSCAR II был построен в 1962 году той же командой и в аналогичных условиях. От первого спутника он отличался улучшенными параметрами средств определения температуры и улучшенным внешним покрытием; была несколько уменьшена мощность передатчика маяка, чтобы продлить срок службы батареи.
OSCAR III (1965 год) был выведен на орбиту вскоре после OSCAR II. Это был уже в полном смысле радиолюбительский спутник, потому что он
Рис. 1.2. Спутник АО-16
позволял проводить любительские радиосвязи с использованием установленного на спутнике специального аппарата — ретранслятора (transponder). Ретранслятор принимал сигналы от наземных радиостанций на частотах от 145,950 до 146 МГц и тут же передавал их на Землю на частоте около 144 МГц. Мощность передатчика была около 1 Вт. Спутник находился на орбите 18 дней. За это время более 1000 радиолюбителей из 22 стран провели через него свои эксперименты. Этот спутник впервые продемонстрировал возможность одновременной работы через его аппаратуру сразу нескольких наземных радиостанций.
OSCAR IV (1965 год) предназначался для вывода на геостационарную орбиту, но вывод оказался неудачным. Спутник довольно долго летал по круговой орбите и служил для экспериментов по связи для отдельных радиолюбителей. На рис. 1.3 представлено изображение спутника АО-21.
В эти годы зародилась и реализовалась идея создания общественной организации AMSAT (Amateur Satellite Corporation). История AMSAT начиналась в Австралии, где группа студентов университета в Мельбурне создала проект спутника с ретранслятором, использующим диапазон
29 МГц. Студенты искали возможности для вывода спутника на орбиту, и это заставило их связаться с радиолюбителями США. В результате встреч и переговоров было решено создать специальную общественную организацию, которая могла бы взять на себя функции организатора любительской спутниковой радиосвязи. И вот, такая организация была создана и зарегистрирована 3 марта 1969 года под названием AMSAT. Все последующие радиолюбительские спутники создавались уже под эгидой этой организации.
OSCAR IV, начинку которого составляла конструкция австралийских студентов, получил название Australis-OSCAR 5 или кратко АО-5. Под таким названием этот спутник и был зарегистрирован в National Aeronautics and Space Administration (NASA) и выведен на орбиту с использованием средств NASA. Все предыдущие спутники выводились ракетами ВВС США. На рис. 1.4 изображен спутник FO-20.
Спутники, разработка, изготовление и вывод на орбиту которых проходили под эгидой AMSAT, стали получать наименования, начинающиеся со слов AMSAT-OSCAR и очередного номера. Например, AMSAT-OSCAR 40 (АО-40).
Тогда же этой организацией было введено понятие Фаза (Phase).
• К Phase 1 относятся спутники, находящиеся на очень низких приполярных круговых орбитах. К таким спутникам относились Sputnik I, OSCAR I, II и III, Iskra 1 и 2, RS-21 (Kolibri-2000) и другие.
• К Phase 2 относятся спутники на более высоких приполярных круговых орбитах, такие как OSCAR 6, 7 и 8, UoSAT OSCAR 9 и 11, советские спутники типа RS. Сюда относится также большая группа спутников, известных под названием MICROSAT. Это очень маленькие по размерам спутники, в которых была размещена аппаратура цифровых
ретрансляторов, разработанная в университете Surrey (Великобритания).
• К Phase 3 относятся спутники, находящиеся на эллиптических орбитах. Впервые на такую орбиту в СССР был выведен спутник Молния (Molniya). Эти спутники длительное время могут находиться в зоне радиовидимости и благодаря большой высоте над поверхностью Земли позволяют проводить радиосвязи между корреспондентами, находящимися на очень больших расстояниях друг от друга. К этой группе спутников относятся широко известные давнишние спутники АО-10, АО-13 и недавно выведенный на орбиту спутник АО-40 (рис. 1.5).
Следует знать, что спутник получает свое имя только после успешного вывода на орбиту и последующей его регистрации как космического объекта. Например, спутник АО-40 до его вывода на орбиту везде именовался как P3D (Phase 3D).
Как было в СССР
Начало радиолюбительской космической связи в СССР положил запуск искусственных спутников Земли (ИСЗ) «Радио-1» и «Радио-2» в октябре 1978 года. На рис. 1.6 изображен один из советских спутников — RS-10.
Инициатива их создания принадлежит журналу «Радио», при редакции которого работал координационный совет, объединивший усилия творческих коллективов радиолюбителей ДОСААФ, студенческих конструкторских бюро и инженерной общественности.
Главным вдохновителем, организатором и теоретиком первых радиолюбительских спутников в нашей стране был лауреат Государственной премии, полковник в отставке, бывший ранее разработчиком отечественной космической техники, радиолюбитель-коротковолновик (UA1AB) Владимир Леонидович Доброжанский. Только благодаря его знанию дела, связям в высоких кругах, исключительному упорству и трудолюбию удалось пройти все бюрократические препоны того времени и осуществить мечту многих радиолюбителей — запустить в космос первые два и последующие радиолюбительские спутники.
Владимир Леонидович начал с того, что написал и опубликовал в журнале «Радио» массу статей практически по всем вопросам создания, обна-
ружения и эксплуатации любительских ИСЗ. Прочитав эти статьи, многие радиолюбители стали писать в журнал «Радио» письма с просьбой подключить их к работе над новым проектом. Среди таких радиолюбителей был и автор этой книги. До сих пор хранятся в моем архиве письма, полученные от этого замечательного человека и радиолюбителя — Владимира Леонидовича Доброжанского. Присланный им планшет постоянно располагается над моей домашней радиостанцией. К сожалению, масса обстоятельств не позволила мне непосредственно участвовать в создании и разработке этого проекта, но увлеченность идеей радиолюбительского использования ИСЗ осталось навсегда.
Идея В. Л. Доброжанского заключалась в разработке специального бортового комплекса радиоаппаратуры, который представлял бы собой космический ретранслятор с многостанционным доступом, запускаемый попутно (за счет резерва веса) с другим космическим объектом. Как бывший разработчик космической техники, он знал, что для точного вывода космического объекта на определенную орбиту и траекторию космический аппарат должен иметь строго определенный вес. Зачастую те аппараты, которые нужно было выводить в космос, имели заниженный вес, восполнять который приходилось балластом. В качестве такого «балласта» как раз и предлагалось использовать радиолюбительский бортовой комплекс. Владимир Леонидович ежедневно, как на работу, приходил в редакцию журнала «Радио». Он нашел и привел энтузиастов из Московского энергетического института, которые впоследствии активно проявляли себя в создании и запуске ИСЗ, призвал к сотрудничеству студенческое КБ Московского авиационного института, поддерживал постоянные контакты с группами энтузиастов-радиолюбителей в городах Калуге и Молодечно (Белоруссия).
Однако ядром, вокруг которого, как по орбите, вращались идеи и разработки, мощным магнитом, который притягивал коллективы и отдельных энтузиастов, стали Координационный комитет при редакции журнала «Радио» и родившаяся вскоре Общественная лаборатория космической техники ДОСААФ, созданная на базе районного СТК Москвы. Среди длинного списка сотрудников лаборатории, которые бескорыстно, безвозмездно, не считаясь ни с силами, ни со временем, отдавали свой творческий порыв созданию спутников, необходимо назвать, прежде всего, Владимира Борисовича Рыбкина. У него были «золотые руки и голова». Фактически через его рабочий стол прошел весь «бортовой комплекс» — аппаратура, которая была установлена на всех трех ИСЗ «Радио», построенных Общественной лабораторией ДОСААФ, СКВ МАИ «Искра» и студенческим КБ МЭИ.
Затем пришло второе поколение любительских ИСЗ — эскадра из шести космических аппаратов, выведенная на орбиту одной ракетой-носителем 17декабря 1981 г. Это были спутники: «Радио-3», «Радио-4», «Радио-5», «Радио-6», «Радио-7» и «Радио-8».
В те дни я периодически, и довольно часто, включал радиоприемник на диапазоне 29 МГц, где наблюдал за работой аппаратуры на ИСЗ. Уже в те времена меня очень интересовали методы определения времени появления спутника в зоне радиовидимости и расчеты других элементов спутниковых орбит. Прослушивая эфир 18 декабря, вдруг услышал появляющиеся слабые сигналы спутника. В это время никаких спутников в зоне радиовидимости быть не должно. Стал слушать дальше. Когда сигналы стали разбираться, оказалось, что работал спутник с неизвестным мне позывным. Не помню, по каким причинам я сдвинул рукоятку настройки и наткнулся на работу еще одного спутника, потом следующего. Как потом выяснилось, накануне были запущены одной ракетой сразу шесть спутников, которые первые несколько дней летали плотной кучкой, а затем стали отставать друг от друга. В результате таких отставаний образовалась своеобразная цепочка: сначала слушаешь работу одного спутника в течение 12-15 мин, затем на такое же время появляется другой, третий, четвертый, пятый, шестой, затем снова первый и т. д.
Круг общественных групп, занимающихся спутниками, к тому времени начал сужаться. «Отошли» студенческие КБ. Главную ношу — создание систем телеметрии, командной радиолинии, бортовой логики, доски объявлений, «роботов» — взяли на себя калужане, организовавшие под руководством А. П. Папкова свое общественное КБ при Калужском музее истории космонавтики имени К. Э. Циолковского.
23 июня 1987 года в Советском Союзе был осуществлен новый запуск искусственного спутника Земли « Космос-1861», на котором была установлена аппаратура, полностью разработанная группой Александра Павловича
Папкова. Затем были запущены спутники RS-10 и RS-11, RS-12 и RS-13. Потом были RS-15 и другие, менее известные. Кстати, RS-10/RS-11, а за ними и RS-12/RS-13 совсем недавно прекратили свою работу. Продолжает работать RS-15. Все эти спутники очень похожи друг на друга, потому что работают на одном и том же комплексе бортовой аппаратуры.
Несмотря на то, что в эфире постоянно находится множество спутников с различными самыми современными видами цифровой связи, спутники типа RS пользовались очень большой популярностью среди радиолюбителей всех стран мира. Дело в том, на мой взгляд, что эти спутники использовали очень удобные для радиолюбителей диапазоны и виды связи. В качестве альтернативы приведу пример со спутником P3D (АО-40). Сначала были разрекламированы исключительные возможности этого спутника, так что радиолюбители никак не могли дождаться его запуска. Ждать пришлось несколько лет. Осенью 2001 года, наконец, он был запущен, сейчас летает, но практически мало кто может через него работать. Дело в том, что принимать информацию с этого спутника можно только на диапазонах выше 2400 МГц. А аппаратуры на такой диапазон почти ни у кого нет.
В последние годы о разработке новых российских спутников широкой общественности ничего не известно. Что-то делается при Центре подготовки космонавтов, об этом говорит тот факт, что на Международной космической станции работает аппаратура отечественного изготовления, что-то делается в группе А. П. Папкова (UA3XBU).
20 марта 2002 года в 01:28 MSK произошло отделение от транспортногрузового корабля «Прогресс» Российско-Австралийского микроспутника «Колибри-2000» (RS-21). Радиолюбители могли получить со спутника телеметрическую информацию в режиме CW и услышать звуковые фрагменты с записью голосов юных участников проекта. Спутник быстро снижался и скоро перестал существовать.
28 ноября 2002 года ракетой-носителем «Космос-ЗМ» с Российского государственного испытательного космодрома Плесецк выведен на орбиту искусственного спутника Земли космический аппарат «Можаец». Среди радиолюбителей он известен как RS-20, в каталоге NASA числится как «Mozhaec». Средняя высота орбиты 720 км, наклонение 98,2°, период обращения 99,1 мин. КА «Можаец» разработан и изготовлен Научно-производственным объединением прикладной механики им. академика М. Ф. Решетнева (г. Железногорск Красноярского края) на базе конверсионного аппарата. Спутник является исследовательским, для радиолюбителей доступен маяк, передающий постоянно телеметрическую информацию. Дополнительную информацию можно получить в Интернете по адресу http://users.kaluga.ru/ra3xb/.
У радиолюбителей нашей страны огромный интеллектуальный потенциал, который все же должен вырваться на свободу и начать действовать. Не теряю надежды на то, что новые отечественные ИСЗ с любительской аппаратурой на борту будут радовать радиолюбителей новыми возможностями проведения интересных радиосвязей.
Что такое AMSAT
AMSAT (Amateur Satellite Corporation) является международной люби-" тельской организацией и объединяет в своих рядах радиолюбителей, интересующихся проведением связей друг с другом через аппаратуру, установленную на искусственном спутнике Земли. Официально AMSAT существует с 1969 года и зарегистрирована как некоммерческая организация в округе Колумбия, США.
За более чем тридцатилетнее существование этой организации под ее руководством было спроектировано, изготовлено и выведено на орбиты вокруг Земли более 30 любительских спутников, из которых большая часть продолжает работать на благо радиолюбителей.
Основная цель AMSAT — обеспечивать радиолюбителям возможность участвовать в космических исследованиях и космической радиосвязи. По образцу этой организации во многих странах мира созданы свои организации любителей спутниковой связи. Большинство из них также содержит в своем названии слово AMSAT. Например, в Российской Федерации существует организация под названием AMSAT-RU. Наиболее известными среди радиолюбителей являются AMSAT-NA (Северная Америка), AMSAT-DE (Германия) и AMSAT-UK (Великобритания).
Многие из этих организаций тесно сотрудничают друг с другом при разработке, изготовлении и отладке аппаратуры любительских космических аппаратов, помогая друг другу в запуске и управлении спутниками. Для реализации наиболее сложных проектов формируются международные команды из добровольцев. Если для самых первых спутников, запущенных в начале 1960-х годов, аппаратура создавалась практически в домашних условиях, то в настоящее время AMSAT кооперируется с ведущими фирмами — изготовителями аппаратуры, отдавая взамен новейшие технологии, разработанные на основе опыта эксплуатации.
Начиная с самого первого любительского спутника, каждому спутнику присваивалось имя AMSAT OSCAR (Orbiting Satellite Carrying Amateur Radio) с соответствующими цифровыми добавками.
Сегодня на орбитах
Ниже приводятся данные по всем ИСЗ, которые на 2 марта 2003 года находились на космических орбитах. Данные взяты мною в Интернете на сайте AMSAT-NA.
Предлагаю расшифровку некоторых специальных терминов, использованных в перечнях спутников.
• Downlink (линия вниз) — радиочастота, на которой можно получать информацию со спутника (на которой спутник ведет передачу на Землю).
• Uplink (линия вверх) — радиочастота, на которой следует передавать информацию на спутник (на которой спутник принимает информацию с Земли).
• Ll-band — работа на определенном частотном канале и при определенных условиях (см. на соответствующей странице в Интернете).
• Beacon — радиочастота, на которой работает МАЯК — специальный радиопередатчик, передающий на Землю позывные спутника и так называемую «телеметрию» —зашифрованное сообщение о состоянии технических систем данного спутника.
• USB, LSB, SSB — работа однополосным сигналом (на верхней боковой, нижней боковой, на любой боковой полосе частот).
• CW — работа телеграфом.
• ANS (AMSAT NEWS) — служба новостей AMSAT.
Спутники с аналоговой аппаратурой на борту
АО-40 / AMSAT OSCAR 40 /
Uplink V-полоса 145,840-145,990 МГц CW/LSB
U-полоса 435,550-435,800 МГц CW/LSB Ll-band 1269,250-1269,500 МГц CW/LSB L2-band 1268,325-1268,575 МГц CW/LSB Downlink S-полоса 2401,225-2401,475 МГц CW/USB К-полоса 24 048,010-24 048,060 МГц CW/USB.
Выведен на промежуточную орбиту 16 ноября 2000 года ракетой Ариан 5 с космодрома во Французской Гвиане. Затем был постепенно переведен на постоянную эллиптическую орбиту. Познакомиться с графиком работы можно на сайте: http://www.amsat-dl.org/journal/adlj-p3d.htni
В настоящее время работает: U/L-1 и S-2/K (в разное время).
За период с 5 мая 2001 года, когда был включен режим, при котором U-полоса и Ll-band были связаны с передатчиком 82-полосы, через спутник можно было услышать 58 стран по DXCC. В настоящее время: passband-времена (соответствующие пассивным участкам) приходятся на МА от 50 до 230, ALON/ALAT примерно 10/0, К-ТХ активен от МА 160 до 70.
Интересное тестирование было выполнено 23 февраля 2003 года. Проводился прием сигналов (downlink) через К-полосу, а передача (uplink) через S-полосу (использовалась S1 тарелка). При этом передаваемые с Земли сигналы от передатчика мощностью около 5 Вт принимались очень хорошо. (Сообщение от W4SM.)
Gene, W3PM, имеет хорошую программу на Excel для оценки вашей АО-40 станции слежения. Скачать эту программу можно в Интернете по адресу: http://www.amsat.Org/amsat/ftp/software/spreadsheet/w3pni-ao40-v2.l.zip Scott, NX7U, имеет программу для автоматизированного расчета Uplink S/N для использования под Windows. Скачать эту программу можно в Интернете по адресу: http://members.cox.net/nx7u/ao40/ ao40v20_AutoSNR.zip
Ответы на вопросы «АО-40 FAQ», составленные Steve, VK5ASF, снова можно смотреть: http://www.amsat.org/
Радиолюбителей, которые фиксируют телеметрию АО-40, просят высылать копии по адресу ao40-archive@amsat.org.
Большое количество информации можно найти по адресам:
http://perso.wanadoo.fr/f5cwu/html/benin02.htm
http: / /www. artirda. net/hb9dri/ao401ogger /
Pieter Tjerk, PA3FWM, разработал новую программу под Linux для расшифровки телеметрии АО-40, которую можно взять на сайте по адресу: http: / /www. cs. utwente. nl / -ptdeboer/ham/ao40 /.
ARISSI МЕЖДУНАРОДНАЯ КОСМИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ (МКС)
Всемирный пакет Uplink 145,990 МГц FM
Region 1 voice Uplink 145,200 МГц FM
Region 2/3 voice Uplink 144,490 МГц FM
Всемирный Downlink для voice и пакета 145,800 МГц FM
Позывной TNC RSOISS-1
Функционирует.
Построенный и запущенный в России в сентябре 2000 года жилой модуль станции позволяет длительное нахождение экипажа на борту станции. В настоящее время (на момент написания книги) на станции работает шестая экспедиция в составе:
командир Ken Bowersox, KD5JBP
борт-инженер Nikolai Budarin, RV3FB
NASA ISS исследователь Don Pettit, KD5MDT
Система Packet в настоящее время не функционирует.
Stan, W4SV, сообщает о своей радиосвязи с Don Pettit, KD5MDT, числа 27FebO3 в 1009 UTC.
Alain, IZ6BYY и Claudio, IK1SLD предлагают создать клуб фанатов — ISS Fan Club, http://www.issfanclub.com/ и присуждать диплом «ISS Achievement Award». Подробности по адресу: http://www.issfanclub.com/ iaa.
Информация о возможной работе команды МКС с радиолюбителями доступна по адресу: http://www.marex-na.org/fileshtml/unprotopage.html
Распорядок дня команды МКС можно посмотреть в Интернете по адресу: http://spaceflight.nasa.gov/station/timelines/. Члены команды могут быть доступными для радиолюбителей только в свободное от основной работы время.
Различную информацию о любительских системах на станции можно загрузить с сайта по адресу: http://ariss.gsfc.nasa.gov/EVAs/amsat01.pdf
Позывные российских космонавтов: RSOISS, RZ3DZR.
Позывной американских астронавтов: NA1SS.
Адреса, по которым следует отправлять заявку на получение QSL о работе с МКС (все позывные):
Большое количество информации можно найти на страничке по URL:
http://arias.gsfc.nasa.gov/ (временно не работает).
Станции из США: Margie Bourgoin KBIDCOAttn: ARISS Expedition-1 (or 2, 3, etc.) QSLARRL, 225 Main StreetNewington, Connecticut 06111 SASE обязательно
Станции из Канады: Radio Amateurs of CanadaAttn: ARISS Expedition-1 (or 2, 3, etc.) QSL720 Belfast Road, Suite 2170ttawa, Ontario K1G 0Z5
Европейские станции: AMSAT-Francel6, rue de la Vallee91360 Epinay sur Orge, France Нужно SASE и 2 IRC’s
АО-7 / AMSAT OSCAR 7 /
Uplink 145,850-145,950 МГц CW/USB
432,125-432,175 МГц CW/LSB
Downlink 29,400-29,500 МГц CW/USB
145,975-145,925 МГц CW/USB Маяк 29,502; 145,972; 435,1 и 2304,1 МГц
Функционирует при прямом солнечном освещении.
Этот спутник, выведенный на орбиту 15 ноября 1974 года с военной базы в Калифорнии (США), прекратил работу в середине февраля 1981 года в результате выхода из строя электроаккумуляторов. И вдруг, 21 июня
2002 года Pat Gowen, G3IOR, в 17.28 UTC стал принимать сигналы от этого спутника! Через 21 год после «похорон»! Сразу же стали предприниматься попытки установить со спутником контакт. Оказалось, что спутник сейчас питается напрямую от солнечных батарей и может работать только в том случае, если поверхность солнечных батарей полностью освещена прямыми солнечными лучами. В настоящее время спутник реагирует уже на 11 различных команд, подаваемых с Земли. Работа со спутником продолжается.
Yoshi Imaishi, JF6BCC, собирает сведения о всех случаях связи с этим спутником. Сообщения посылать на jf6bcc@jarl.com
Различную информацию по этому спутнику можно получить в Интернете по адресу: http://plazal6.mbn.or.jp/~palau/temp/AO7-mode-report.xls Tim, K3TZ, создал программу для приема и расшифровки телеметрии этого спутника и разместил её на сайте по адресу: http://www.qsl.net/ k31 z /files/K3TZAO-0 7_Telemetry_Decoder_0.5. zip
Различная информация по этому спутнику имеется по адресу: http:// www. amsat. org/amsat/sats/п 7hpr/ао 7. html
* AO-10 / OSCAR 10 /
Uplink 435,030-435,180 МГц CW/LSB
Downlink 145,975-145,825 МГц CW/USB
Маяк 145,810 МГц (немодулированная частота)
Функционирует частично, режим В.
Выведен на орбиту 16 июня 1983 года ракетой Ариан с космодрома во Французской Гвиане. АО-10 был блокирован в 70-см uplink и 2-м downlink в течение нескольких лет. DX продолжают работать (и слушать) на АО-10.
КРЗА сообщает, что через АО-10 работал хорошо со многими европейцами, которые имеют хорошие сигналы. КРЗА работает на передачу к АО-10 с 50-Вт передатчиком и 9-элементной поворотной антенной.
W4SM имеет большое количество информации относительно спутника в следующем URL: http://www.cstone.net/~w4sm/AO-10.html.
РАДИО СПОРТ RS-15
Uplink 145,858-145,898 МГц CW/USB
Downlink 29,354-29,394 МГц CW/USB
Маяк 29,352 МГц
SSB средняя частота 29,380 МГц
Функционирует частично в режиме А, используется 2-метровый uplink и 10-метровый downlink. Выведен на орбиту 26 декабря 1994 года с космодрома Байконур.
Dave, WB6LLO, имеет действующую информацию по RS-15 и RS-13 на своей WEB-странице по адресу: http://home.san.rr.com/doguimont/
uploads. В дополнение к спутниковым данным там имеется информация по антенне для работы в режиме А.
АО-27 /AMRAD АО-27
Uplink 145,850 МГц FM
Downlink 436,795 МГц FM
Функционирует в режиме J.
Выведен на орбиту 26 сентября 1993 года ракетой Ариан с космодрома во Французской Гвиане. На АО-27 работа бортовых батарей регулируется по методу TEPR (с регулированием мощности по затемнению). TEPR учитывает время, которое спутник находился в затемнении (или на солнце), и решает, какие подсистемы включить или отключить.
С 14 февраля 2003 года устанавливается новая командная программа на основе ЦП и проводится проверка ее работы. Надеемся на нормальную работу новой программы АО-27 уже через неделю. После наладки оборудования спутник будет снова запущен в работу. Работу проводит новый оператор — Chuck, W4XP.
Последнюю информацию по АО-27 от контролирующего оператора Michael Wyrick, N3UC (ex N4USI), можно найти в Интернете по адресу: http: / / www.ао2 7. org/
Страничка вопросов и ответов по АО-27 находится на сайте AMSAT-NA по адресу: http://www.amsat.org/amsat/intro/ao27faq.htnil. Она постоянно обновляется благодаря Ray, W2RS.
ШиО-14
Uplink 145,975 МГц FM
Downlink 435,070 МГц FM
Функционирует в режиме J.
UO-14 был выведен на орбиту 22 января 1990 года ракетой Ариан с космодрома во Французской Гвиане.
Tim, KG8OC, обновил информационную WEB-страничку AMSAT с информацией по UO-14, расположенную по следующему URL: http:// www. qsl. net/kg8oc.
Некоторую информацию по этому спутнику можно найти также на FAQ-странице спутника АО-27 (от Ray, W2RS) по адресу: http:// www. amsat. or g/amsat/intro/ао2 7f aq. html.
SO-41 I SAUDISAT-1A
Uplink 145,850 МГц
Downlink 436,775 МГц
Broadcast-позывной S AU SAT 1-11
BBS SAUSAT1-12
Функционирует в режиме наладки.
Выведен на орбиту 26 сентября 2000 года с космодрома Байконур. Должен был работать в режиме 9600 бод в системе store_and_forward (цифровая работа с промежуточным накоплением). Кроме того, должен был работать аналоговый FM-repeater. Спутник разработан и построен в Научно-исследовательском институте Королевства Саудовская Аравия. Работает в режиме J. В настоящее время конфигурирован как repeater FM-сигнала. По сообщениям К5ОЕ, спутник очень чувствителен к полярности передаваемого на него сигнала (хотя прием стабильный). Это создает большие трудности в работе, если вы не имеете круговой полярности сигнала и возможности работать дуплексом. Дальнейшая информация доступна в Интернете по адресу: http://www.amsat.org/ainsat/sats/n7hpr/so41.htinl
SO-50 / SAUDIS А Т-1С
Uplink 145,850 МГц (67,0 Гц PL тон)
Downlink 436,800 МГц
Функционирует.
Выведен на орбиту 20 декабря 2002 года с космодрома Байконур.
SO-50 проводит несколько экспериментов. Включен радиолюбительский ретранслятор в режиме J FM, частота 145,850 МГц uplink и 436,800 МГц downlink. Ретранслятор доступен всем, для активации используется тон частотой 67,0 Гц.
UFO-20/ JAS-lb
Uplink 145,900-146,000 МГц CW/LSB
Downlink 435,800-435,900 МГц CW/USB
Маяк 435,795 МГц
Функционирует. Находится непрерывно в режиме JA.
Выведен на орбиту 7 февраля 1990 года установкой Н1 в Космическом центре Японии Tanegashima и продолжает функционировать очень хорошо.
UFO-29 / JAS-2
Voice/CW Режим JA
Uplink 145,900-146,000 МГц CW/LSB Downlink 435,800-435,900 МГц CW/USB
Digital Mode JD
Uplink 145,850; 145,870; 145,910 МГц FM
Downlink 435,910 МГц, 1200 бод BPSK или 9600 бод FSK Позывной 8J1JCS
Digitalker 435,910 МГц
JAS-2 был успешно выведен на орбиту 17 августа 1996 года Космическим центром Японии Tanegashima. Функционирует попеременно в аналоговом режиме и как digi (цифровой)-источник сообщений.
Mike, KF4FDJ, собрал очень информативный материал по FO-29, касающийся аналогового и цифрового режимов и режима digi-источника сооб
щений. Этот материал можно получить по электронной почте: kf4fdj@amsat.org.
Mineo, JE9PEL, модифицировал свою программу приема и анализа телеметрии спутника FO-29. Программа автоматически анализирует всю цифровую телеметрию от спутника типа текущего напряжения и температуры. JE9PEL- модификация FO-29/software доступна по адресу: http:// www .ne.jp/asahi/hamradio / j e9pel /.
HI RS-20 («Можаец»)
Маяк 145,828; 435,319 МГц.
Функционирует. Передает телеметрию (как маяк) на диапазоне 70 см.
Космический аппарат «Можаец» выведен на орбиту искусственного спутника Земли 28 ноября 2002 года ракетой-носителем «Космос-ЗМ» с Российского государственного испытательного космодрома Плесецк. Средняя высота орбиты 720 км, наклонение 98,2°, период обращения 99,1 мин. Спутник является исследовательским; в его задачи входит:
• Отработка технологии использования навигационной аппаратуры потребителей космической навигационной системы ГЛОНАСС для космических систем.
• Оценка влияния радиационных потоков в космическом пространстве на ресурсы электронных приборов.
• Определение электрических полей и их флуктуаций в зоне КА.
• Ознакомление студентов старших курсов вузов с законами движения КА и методами управления, анализом телеметрической и траекторной информации.
• Оценка точности траекторных измерений.
• Изучение процессов гравитационной и магнитной ориентации КА.
• Испытания в области любительской спутниковой радиосвязи.
КА «Можаец» разработан и изготовлен Научно-производственным объединением прикладной механики им. академика М. Ф. Решетнева (Железногорск Красноярского края) на базе конверсионного аппарата. Запуск спутника обеспечен Омским ПО «Полет». На спутнике установлены:
• Аппаратура навигационных определений «НАП» Московского КБ «Компас».
• Аппаратура радиационных исследований «Призма», созданная Санкт-Петербургским институтом «Электронстандарт» и студентами Академии им. А. Ф. Можайского.
• Датчик электрического поля «ДЭП-АД» Новосибирского государственного университета.
• Аппаратура траекторных измерений и телесигнализации.
• Система гравитационной ориентации со штангой, с магнитным успокоителем и электромагнитным устройством.
• Система электропитания, датчики температуры, давления, освещения, отражений Земли, а также датчики оценки состояния бортовой аппаратуры.
• Система командно-телеметрического управления и бортовой автоматики, созданная НИ Л АКТ РОСТО (Москва и Калуга).
• Маяк любительской спутниковой радиосвязи с позывным RS-20.
Вес спутника 69 кг, форма близка к сфере (около 800 мм в диаметре). Основная бортовая аппаратура размещена в герметическом контейнере. Управление спутником осуществляется наземными комплексами, расположенными в Краснознаменске Московской области и в Калуге.
Сигналы спутника радиолюбители могут принимать на частотах 435,319 или 145,828 МГц. Консультации по любительской спутниковой радиосвязи с ИСЗ можно получить в эфире от RS3X по телефону (0842) 55-81-74 и по электронной почте plis@kaluga.ru. Телеметрические данные по параметрам КА «Можаец» (RS-20), передаваемые кодом Морзе, приведены в табл. 1.1.
Спутники с цифровой аппаратурой на борту
UUO-11 /OSCAR-11
Downlink 145,826 МГц FM 1200 бод AFSK
Маяк 2401,500 МГц
Функционирует частично.
Выведен на орбиту 1 марта 1984 года ракетой Дельта-Тор с военного космодрома в Калифорнии. OSCAR-11 праздновал девятнадцатый день рождения 1 марта 2003 года. Спутник продолжает работать под управлением таймера. Маяк также работает и на диапазоне 145,826 МГц, но с периодичностью: 7-10 дней работает, затем 14 дней не работает. Маяк на 2401,500 МГц работает непрерывно.
Спутник поддается управлению только в том случае, если температура аппаратуры будет выше 15°С. Действующий график передачи маяка:
ASCII-состояние (210 с)
ASCII-бюллетень (60 с)
ДВОИЧНЫЙ SEU (30 с)
ASCII TLM (90 с)
ASCII WOD(120 с)
ASCII-бюллетень (60 с)
ДВОИЧНЫЙ ENG (30 с).
Таблица 1.1. Телеметрические данные КА «Можаец» (RS-20) *
Название спутника (Name) Предельные значения параметра (Possible limits) Преобразование (Decoding) Назначение параметра (Assignment of parameters)
RS-20 Позывной (The callsign)
UBS N=100-170 U=N/10 Volts Напряжение бортовой сети (On board voltage)
IBS N=10-250 I=N/100 Ampers Ток бортовой сети (On board current)
USUN N=0-180 U=N/10 Volts Напряжение на солнечных батареях (Charge voltage from sun battery)
ISUN N=0-180 I=N/100 Ampers Ток от солнечных батарей (Charge current from sun battery)
ITXA N=0-170 I=N/100 Ampers Ток передатчика A (435 МГц) (D.C. current of the 435 MHz Tx)
PTXA N=0-70 P=N/10 Watts Мощность передатчика A (UHF power of the 435 MHz Tx)
TTXA N=50-190 T=N-100°C (degrees in centigrade) Температура передатчика A (The temperature of the 435 MHz Tx)
ITXB N=0-150 I=N/100 Ampers Ток передатчика В (145 МГц) (D.C. current of the 145MHz Tx)
PTXB N=0-70 P=N/10 Watts Мощность передатчика В (VHF power of the 145MHz Tx)
TTXB N=50-190 T=N-100°C (degrees in centigrade) Температура передатчика В (The temperature of the 145MHz Tx)
TEXT N=30-250 T=N-100°C (degrees in centigrade) Температура внешнего корпуса (The temperature of the outer case)
TINT N=30-190 T=N-100°C (degrees in centigrade) Температура внутреннего корпуса (The temperature of the inner case)
TOR N=10-250 T=N-100°C (degrees in centigrade) Температура датчика Земли (The temperature of the sensor of the Earth)
UOR N=0-100 U=N/10 Volts Напряжение датчика освещенности. (The voltage of the sensor of the Sun)
MTX N=0-255 Таблица режимов (The table of the operational modes) Служебная информация (The housekeeping info)
MRX RS-20 N=0-255 Таблица режимов (The table of the operational modes) Служебная информация (The housekeeping info) Позывной (The callsign)
* Информацию подготовил Александр Павлович Папков, UA3XBU, RS3X, Лаборатория космической техники. E-mail: plis@kaluga.ru
ASCII- бюллетень в настоящее время — это статическое сообщение, в котором детализируются режимы и частоты всех активных радиолюбительских спутников. Большое количество информации по OSCAR-11 доступно в URL: http://www.users.zetnet.co.uk/clivew/.
U АО-16 / Р ACS АТ
Uplink 145,90; 145,92; 145,94; 145,86 МГц FM, используется Манчестер 1200 бод FSK
Downlink Маяк Broadcast-позывной BBS 437,026 МГц 2401,1428 МГц PACSAT-11 PACSAT-12
Функционирует частично. Включен digipeater (ретранслятор для цифровой связи).
Выведен на орбиту 22 января 1990 года ракетой Ариан с космодрома во Французской Гвиане. Russ, WJ9F, на своей станции в настоящее время проводит тестирование памяти на спутнике. В дополнение к тестированию памяти был определен период вращения КА вокруг вертикальной оси (Z). Оказалось, что созданы совсем не идеальные условия для зарядки батарей: один оборот каждые 18 мин. В результате — низкий выход мощности. Передатчик s-полосы в настоящее время выключен. WOD-совокупность текущей графики (датированная 02/26/2000) может быть найдена по адресу : http: // www. telecable. es/personales/еаlbcu.
UUO-22/UOSAT
Uplink
Downlink
Broadcast позывной
BBS
Функционирует.
145,900 МГц FM
435,120 МГц FM, 9600 бод FSK
UOSAT5-11
UOSAT5-12
Выведен на орбиту 17 июля 1991 года ракетой Ариан с космодрома во Французской Гвиане. Chris Jackson, G7UPN, сообщил 21 ноября 2002 года, что на UO-22 работает нормально. Большое количество информации относительно спутника доступно в URL: http://www.sstl.co.uk/.
10-26 / IT AMS AT
Uplink 145,875; 145,900; 145,925; 145,950 МГц FM
Downlink 435,812 МГц SSB 1200 бод PSK
Broadcast-позывной ITMSAT1-11
BBS ITMSAT1-12
Функционирует частично, функция digipeater (цифрового ретранслятора) включена.
10-26 был выведен на орбиту 26 сентября 1993 года ракетой Ариан с космодрома во Французской Гвиане.
18 ноября 2002 года Alberto, IK2BD, сообщает: «Текущее состояние 10-26 ограничивает телеметрию только режимом MBL». Чтобы восстановить полную передачу телеметрии и digipeating, необходимо провести ряд работ, которые уже запланированы на ближайшее время.
NO-44 /PCSat
Uplink/downlink 145,827 МГц 1200 бод AX-25 AFSK через W3AD0-1
Aux/Uplink 435,250 МГц 9600 бод через PCSAT (выключено)
APRS Downlink 144,390 МГц (Region 2)
Функционирует нормально.
Выведен на орбиту 30 сентября 2001 года ракетой Athena-1 с космодрома Kodiak на Аляске. Работа в режиме АХ-25 1200 бод рассчитана на участие в связи переносных или карманных радиостанций. Информация находится на сайте http: //pcsat. aprs. org/.
Спутник построен курсантами Военно-морской академии США под руководством Bob Bruninga, WB4APR.
С PCSat BBS эксперименты временно ЗАКОНЧЕНЫ. PCsat входит в полосу затемнения, поэтому никакой работы через этот спутник проводить не следует. Иначе могут выйти из строя батареи питания.
Новая версия PCSAT.EXE отправлена на сайт: ftp://tapr.org/dosstuff/ APRSdos/pcsat017.zip.
Для дальнейших действий ищите информацию на сайте: http:// web. usna. navy. mil/-bruninga/pcsat. html.
MO-46 / TIUNGSAT-1
Uplink 145,850 или 145,925 МГц FM 9600 бод FSK
Downlink 437,325 МГц
Broadcast-позывной MYSAT3-11
BBS-позывной MYSAT3-12
NUP-позывной MYSAT3-10
Функционирует в цифровом режиме 38k4 бод FSK.
Выведен на орбиту 26 сентября 2000 года с космодрома Байконур. TiungSat-1 является первым микроспутником Малайзии и в дополнение к коммерческой информации о состоянии Земли и погоды работает в режимах FM и FSK для любительской радиосвязи. Отличная передача со спутника телеметрии говорит о нормальном состоянии радиоаппаратуры. О превосходной работе на скорости 38к4 при мощности 8 Вт сообщает Chris, G7UPN. Он также сообщает, что для работы со спутником сначала нужно послать ему запрос на связь. После этого спутник проверяет напряжение на батареях и, если все нормально, начинает отвечать. Есть также отличные отзывы о работе со спутником от СТ1ЕАТ. Для большего количества информации посетите
страничку по URL: http://www.yellowpages.com.my/tiungsat/ tiung_main.htm.
АО-49 / AATiS OSCAR-49 / (SAFIR-M)
Uplink 435,275 МГц 1200 бод AFSK
Downlink 145,825 МГц 9600 бод FSK (возможны сообщения го-
лосом)
Broadcast-позывной DP0AIS
Функционирует.
Выведен на орбиту 20 декабря 2002 года с космодрома Байконур.
АО-49 (SAFIR-M) является небольшим немецким исследовательским спутником под названием «RUBIN-2». Создан немецкой радиолюбительской ассоциацией «AATiS e.V.» («Arbeitskreis Amateurfunk und Telekommunikation in der Schule»). Предназначен для обучения учащихся и исследовательской работы с почтовыми сообщениями.
Martin, DG8UAU, создал простую компьютерную программу «SAFIR-M Decoder» для декодирования и приема DAT АО фреймов. Эту программу можно скачать с сайта http://amend.gmxhome.de/. Программа находится в разделе Aktuelles.
Подробную информацию по АО-49 (SAFIR-M) можно найти в Интернете по адресу: http://amend.gmxhome.de/. Информацию об AATiS e.V. можно посмотреть на сайте http://www.aatis.de/.’
ULO-19 / LUSAT
Uplink
145,84; 145,86; 145,88; 145,90 МГц FM, используется
Манчестер 1200 бод FSK
437,150 МГц SSB RC-BPSK, 1200 бод PSK
437,125 МГц
LUSAT-11
LUSAT-12
Цифровой downlink CW downlink
Broadcast-позывной
BBS
Выведен на орбиту 22 января 1990 года ракетой Ариан с космодрома
во Французской Гвиане. CW-маяк имеет восемь каналов для телеметрии и один канал состояния. В настоящее врем^ь-функционирует частично, никакое BBS-обслуживание не доступно. Digipeater (цифровой ретранслятор) не активен. Общая информация и выборки телеметрии могут быть найдены по адресу: http://www.telecable.es/personales/ ealbcu/lol9.htm.
GO-32 TechSat-lB
Downlink Uplink Downlink Uplink 435,325; 435,225 МГц FM 9600 бод FSK 145,860; 145,880; 145,890; 145,930 МГц FM 435,225 МГц FM 9600 бод FSK 145,850; 145,890; 145,930 МГцГМ 1269,700; 1269,800; 1269,900 МГц FM
2 Зак 1126
Broadcast-позывной 4ХТЕСН-11
BBS-позывной 4ХТЕСН-12
Функционирует частично.
Выведен на орбиту 10 июля 1998 года с космодрома Байконур. Каждые 30 с срабатывает системный маяк. Никакой UPLOADING (работа на передачу в сторону спутника) или DIGI (работа цифровыми видами связи) не доступны. Выходная мощность — 1 Вт.
Программа для декодирования телеметрии: WinTelem vl.O.
Для информации посетите: http://www.iarc.org/techsat/.
SO-33 S EDS АТ
Downlink 437,910 МГц FM 9600 бод FSK
Функционирует частично.
Выведен на орбиту 24 октября 1998 года ракетой Дельта 2 с мыса Канаверал, шт. Флорида, США. Спутник в настоящее время не доступен для передач. Все попытки наладить работу были неудачными. SEDSAT-1 предназначался для студентов в целях космических исследований.
Для большей информации посетите узел http://www.seds.org/sedsat.
Спутники, которые находятся на орбитах, но НЕ ФУНКЦИОНИРУЮТ в настоящее время RS-12 / РАДИО СПОРТ
Uplink 21,210-21,250 МГц CW/SSB
Downlink 29,410-29,450 МГц CW/SSB Маяк 29,408 МГц
Выведен на орбиту 5 февраля 1991 года с космодрома Байконур.
Включен в режим К 19 февраля 2002 года.
В настоящее время не функционирует, последнее наблюдение было 20 августа 2002 г. Причины неизвестны, предполагается выход из строя электроники при сильных возмущениях на Солнце.
RS-13 / РАДИО СПОРТ
Uplink 21,260-21,300 МГц CW/SSB
Downlink 145,860-145,900 МГц CW/SSB
Маяк 145,860 МГц
Робот Uplink 145,840 МГц
Выведен на орбиту 5 февраля 1991 года с космодрома Байконур. Работал . нормально в режиме Т с 19 февраля 2002 года (с 2-метровым downlink и 15-метровым uplink). В настоящее время не функционирует, последнее наблюдение было 20 августа 2002 года. Причины неизвестны, предполагается выход из строя электроники при сильных возмущениях на Солн
це. О работе через спутник RS-12/13 см. материалы на сайте: http:// www.qsl.net/ac5dk/rsl213/rsl213.html.
ТО-31 / TMSAT-1
145,925 МГц 9600 бод FSK
436,925 МГц 9600 бод FSK
TMSAT1-11
TMSAT1-12.
Uplink
Downlink
Callsign
BBS
Выведен на орбиту 10 июля 1998 года с космодрома Байконур, с 18 декабря 2000 года никакой информации от спутника не поступало. G7UPN, менеджер UoSAT, сообщил ANS, что эта мера необходима для ремонта батарей в связи с утечками мощности. Программу ProcMail v2.00G, разработанную G7UPN для обработки файлов с изображениями от К-31, можно взять на сайте по URL: http://www.amsat.org/amsat/software/win32/wisp
SAUDISАТ-1В / SO-42
Uplink Пока не объявлен
Downlink 437,075 МГц
Broadcast-позывной SAUSAT1-11
BBS SAUSAT1-12
Функционирует в режиме наладки.
Выведен на орбиту 26 сентября 2000 года с космодрома Байконур. Должен был работать в режиме 9600 бод в системе store_and_forward. Кроме того, должен был работать аналоговый FM-ретранслятор. Спутник разработан и построен в Научно-исследовательском институте Королевства Саудовская Аравия. За восемь месяцев пребывания этого спутника на орбите ANS не получил о нем никакой информации.
SUN SAT / SO-35
Режим J Uplink
Downlink
Режим В Uplink
Downlink Не функционирует.
SunSat был выведен на орбиту 23 февраля 1999 года на борту ракеты Дельта II с военно-воздушной базы Vandenberg в Калифорнии. SunSat пакет включает: скорости передачи 1200 и 9600 бод; имеются возможность цифровой работы с промежуточным накоплением и голосовой ретранслятор системы «попугай», который будет использоваться йрежде всего для образовательных показов. Спутник имеет две VHF и две UHF приемо-передающих системы.
1 февраля 2001 года от SunSat-команды было получено объявление, что на спутнике произошел непредвиденный процесс, дальнейший контакт со спутником маловероятен. Более полную информацию можно получить на сайте по адресу: http://sunsat.ee.sun.ac.za/haml.htm.
145,825 МГц FM
436,250 МГц FM
436,291МГц FM
145,825 МГц FM
U KITS АТ / КО-3
Uplink 145,900 МГц FM 9600 бод FSK
Downlink 435,175 МГц FM
Не функционирует. Выведен на орбиту 10 августа 1992 года ракетой Ариан с космодрома во Французской Гвиане.
U КО-25
Uplink 145,980 МГц
Downlink 436,500 МГц FM 9600 бод FSK
Не работает.
UUO-36
Uplink 145,960 МГц 9600 бод FSK
Downlink 437,025 и 437,400 МГц
Выведен на орбиту 21 апреля 1999 года с космодрома Байконур. Рабочее состояние неизвестное. Информацию можно взять по адресу: http:// www.sstl.co.uk/.
U PANSAT / РО-34
Uplink/downlink-частоты никогда не сообщались. Спутник не доступен в настоящее время для общих uplink-передач. Разработан Высшей военно-морской школой, США. Выведен на орбиту с космического корабля Шаттл (в течение STS-95) 30 октября 1998 года. В начальный период обещали, что данные по всему спектру различных функций и особенностей цифрового ретранслятора спутника PanSat будут сообщены радиолюбителям в комплекте с программным обеспечением, чтобы радиолюбители могли в полном масштабе использовать заложенную в аппаратуру спутника технологию. До настоящего времени этого не случилось. Для получения большего количества информации посетите официальную PanSat-страницу по адресу: http: //www. sp.nps. navy.mil/pansat/.
О PanSat была опубликована статья в номерах за июль-август 1999 года журнала AMSAT-NA. Статья написана KD6DRA и N7HPR.
И Sapphire NO-45
Downlink 437,095 МГц 1200 бод AX-25, AFSK
Uplink 145,945 МГц Ш digipeater
Выведен на орбиту 30 сентября 2001 года ракетой Athenn-1 с космодрома Kodiak на Аляске. Состояние неизвестно. Спутник создан курсантами Военно-морской академии Naval, США, в рамках Satellite program для своих экспериментов. Информация доступна по адресу: http: //students. cec.wusti.edu/~sapphire/sapphire_o verview, html.
Другие спутники
Рекомендую любителям спутниковой связи почитать сообщение от RK3DJW, которое прошло по пакетной сети. Текст сообщения касается метеорологических спутников и не совсем вписывается в тему этой главы и книги. Несмотря на это я решил опубликовать это сообщение. Текст сообщения приведен ниже.
От: RK3DJW@RZ3DK.#SCH.MOO.RUS.EU
Для: WSEM@RUS
Приветствую всех!
В настоящее время на орбите осталось всего несколько работающих метеоспутников диапазона 137-138 МГц. Это: N0AA-12 (частота 137,5 МГц), NOAA-15 (137,5 МГц), N0AA-17 (137,62 МГц) и METEOR 3-5 (137,3 МГц).При этом первые три из перечисленных спутников — американские, а последний — наш, российский. Спутники NOAA вещают без перерыва, т. е. постоянно, тогда как METEOR 3-5 включается, только когда пролетает в солнечной зоне (по всей видимости, из-за разряда батарей). Высота орбиты: NOAA — около 800 км, METEOR — около 1200 км. Формат вещания — аналоговый (есть и цифровой, но в другом диапазоне). Используется частотная модуляция с девиацией ±17 кГц. Период обращения спутников вокруг Земли составляет немногим более 100 мин. Длительность сеанса связи с углом элевации 50-80° составляет около 13 мин. Разрешающая способность получаемого изображения в аналоговом режиме составляет примерно 3 км/пикс„ в цифровом — примерно 1 км/пикс. Для качественного приема изображений необходим приемник с полосой около 40 кГц, однако и с обычным узкополосным ЧМ-приемником (любая радиостанция, которая может принимать эти частоты) можно получить неплохие результаты. Для декодирования сигнала можно использовать следующие программы: JVComm32 (IMHO самая удобная и простая), WXSat, SatSignal и др. Эти программы используют в качестве модема звуковую карту: нужно просто соединить выход приемника с линейным входом (или входом микрофона) звуковой карты и, соответственно, настроить программу. В качестве антенны можно с успехом применять обычный 5/8 длины волны штырь на 2-метровый диапазон, хотя можно изготовить специализированную антенну, которая будет иметь круговую поляризацию. При этом, если в месте приема не очень большое количество помех, нормальные изображения принимаются уже при углах подъема (элевации) 5-Нр над горизонтом. Желаю успехов и чистого эфира, 73! Andrew, RK3DJWpentod@inbox.ru
Новые проекты
AMSAT-DL
В любительской пакетной сети была распространена информация от AMSAT-DL через DB2OS. Ниже привожу краткое изложение этого сообщения.
В июле 2002 года Правление директоров AMSAT-DL приняло решение о начале разработки двух космических аппаратов: AMSATPhase3-E (РЗЕ ) uAMSATPhase5-A (Р5А). Оба спутника будут создаваться международной командой при лидирующем участии AMSAT-DL.
РЗЕ будет служить для целей связи как научная платформа на высокой орбите вокруг Земли, Р5А предназначен для вращения на орбите вокруг планеты Марс. Через него будут проводиться различные эксперименты, а кроме того, будет задействован repeater.
К настоящему моменту при лидерстве AMSAT-DL были благополучно задействованы три спутника, последний из них — АО-40 (P3D). Получение успешных результатов позволяет приступить к исследованиям на орбитах Марса.
Запуск РЗЕ может быть осуществлен в 2005 году, запуск Р5А — двумя годами позже. Спутнику РЗЕ предстоит стать платформой (основой) для создания сети любительской радиосвязи. Он будет использовать частоты от 145 МГц до 10 ГГц. Некоторые узлы этого спутника уже находятся в работе. Дополнительно на этом спутнике будут проходить проверку космосом некоторые узлы, предназначенные для использования на Р5А. Вывод на орбиту планируется осуществить ракетой Ариан.
Документ подписали: Президент AMSAT-DL, DB2OS
Вице-президент AMSAT-DL, DL6DBN
Научный руководитель проекта, DJ4ZC (доктор и профессор).
AMSAT-NA (Северная Америка)
AMSAT-NA ведет работу над проектами следующих спутников:
• Спутник под условным названием AMSAT-OSCAR Е (Echo) — низкоорбитальный малогабаритный спутник. На борту спутника будет установлен VHF/UHF FM цифровой ретранслятор. Аппаратура спутника изготавливается по новейшей технологии с применением новейших электронных приборов. Вывод на орбиту планируется в 2003 году.
• Спутник под условным названием Project Eagle (Орел). Этот спутник, подобно спутнику АО-40, предназначается для работы на эллиптичес
кой орбите. При создании спутника будут учтены все неудачные решения АО-40. Кроме цифрового ретранслятора на спутнике будет установлено много различных аппаратов для проведения экспериментов.
• Спутник CubeSat, разрабатывается Лабораторией по созданию космических систем Стенфордского университета (Stanford University’s Space Systems Development Laboratory — SSDL) совместно с Политехническим институтом, шт. Калифорния (California Polytechnic State University). Спутник CubeSat предназначается для обучения и проведения практики студентов.
• Спутник EMERALD (Изумруд) разрабатывается в Стенфордском университете и университете Санта-Клара, шт. Калифорния. Спутник предназначен для учебных и исследовательских целей.
AMS AT-F (Франция)
Спутник SATEDU Project: вес 20 кг, класс микроспутников (microsatellite). Разрабатывается и строится студентами под руководством AMSAT-France.
AMSAT-LU (Аргентина)
Спутник VOXSAT-1 (AMSAT Argentina) создается в Аргентине под руководством AMSAT-LU.
AMS AT-ZL (Новая Зелландия)
Спутник KiwiSAT (AMSAT-New Zealand) создается под руководством AMSAT-ZL. Информацию см. на http://homepages.ihug.co.nz/~jpsl/ kiwisatl.htm.
AMS АТ-СЕ (Чили)
Проводятся работы по созданию спутника CESAR-1. На спутнике будет установлена аппаратура для любительской радиосвязи на диапазонах от 145 до 2400 МГц.
Эксперимент ЦНИИмаш
Космический плазменный эксперимент «ТЕНЬ» с участием радиолюбителей на МКС
Российское авиационно-космическое агентство и его головная научно-исследовательская организация — Центральный НИИ машиностроения (ЦНИИмаш) приглашают радиолюбителей и интересующихся космическими исследованиями студентов и школьников принять участие в обсуждении возможности проведения КОСМИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА «ТЕНЬ».
Кроме научных данных, реализация космического эксперимента «ТЕНЬ» позволит приобрести уникальный опыт привлечения интеллектуального и технического потенциала международного радиолюбительского сообщества пакетной связи, а также технологии и ресурсов Интернета для мониторинга околоземного пространства и оценить возможность использования этого потенциала для перспективных научных проектов.
Детали проекта см. в Интернете по адресу: http://www.tsniiniash.ru/ Shadow/Next-rus.htm. (Получено по радиолюбительской пакетной сети 23 января 2003 года. Текст сообщения см. в приложении Б.).
Глава 2. Радиолюбительские ИСЗ
Спутники на разных орбитах
На сегодняшний день на различных орбитах вокруг Земли вращаются 27 спутников с радиолюбительской аппаратурой. Некоторые из них работают очень хорошо уже долгое время, другие капризничают — то работают, то не работают, третьи работают вполсилы. Есть и такая группа спутников, которые исправно вращаются, а работать для радиолюбителей не хотят.
Большинство спутников с радиолюбительской аппаратурой летают вокруг Земли по круговым орбитам, имеют удаление от Земли (примерно) от 500 до 1500 км. На рис. 2.1 изображена схема движения такого спутника. Один оборот спутника вокруг Земли продолжается около двух часов, время нахождения в зоне радиовидимости составляет 5-18 мин. Зоной «радиовидимости» я называю пространство, в котором спутник достаточно хорошо слышен и нормально принимает передаваемые ему команды.
Движение каждого спутника характеризуется периодом обращения, углом наклонения плоскости орбиты спутника к плоскости экватора Земли и удалением орбиты от поверхности Земли.
Типичным представителем такого типа спутников является RS-12/13, который далее буду упоминать довольно часто. Преимущество подобных спутников заключается в достаточно хорошем приеме поступающих от
Рис. 2.1. Схема движения низкоорбитального спутника
них сигналов, недостатком — слишком малая продолжительность пребывания спутника в зоне радиовидимости.
Имеются также спутники, движение которых осуществляется по эллиптическим орбитам. Схема движения по эллиптической орбите приведена на рис. 2.2. Обозначенная на схеме величина R3 обозначает радиус Земли. Радиус R3 примерно равен 3180 км.
Преимуществом таких спутников является длительное время нахождения их в зоне радиовидимости и более простое управление наземными антенными системами при ориентации на спутник. Таких спутников сейчас два. Первый — ветеран с семнадцати летним стажем — АО-10. Спутник работает в режиме ретранслятора уже очень давно и всегда хорошо. В удачные дни бывает так, что одновременно можно работать со всеми континентами. Вторым спутником, движущимся по эллиптическим орбитам, является АО-40. Практически с самого начала этот аппарат преследуют неудачи. В настоящее время прием информации со спутника можно вести только на диапазонах частот выше 2400 МГц. Аппаратура на такие частоты, мягко говоря, имеется не у каждого радиолюбителя, поэтому информации о работе этого спутника исключительно мало.
На рис. 2.3 приведена карта нашей планеты, выполненная в прямоугольных координатах. Траектории движения низкоорбитальных спутников выглядят на этой карте в виде одного периода синусоидальной волны. Чем больше угол наклонения плоскости орбиты к плоскости экватора, тем больше амплитуда подобной синусоиды.
Точка А на карте обозначает один из спутников. Кривая линия в виде замкнутой, неправильной формы окружности (кривая Б) показывает границу зоны радиовидимости этого спутника. Кривая линия в виде синусо-
Рис. 2.2. Схема движения спутника по эллиптической орбите
360 330 300 270 240 210 180 150 120 90 60 30 0
Рис. 2.3. Карта Земли с траекториями движения спутников
иды (линия В) изображает траекторию движения какого-то спутника. Предположим, что этим спутником является МКС — Международная Космическая Станция. Таких траекторий на карте показано три. Можно предположить, что это траектория трех последовательных витков одного и того же спутника.
Движение каждого спутника по орбите характеруется индивидуальными, присущими только этому спутнику, параметрами. В табл. 2.1 приведены параметры орбиты спутника RSklJO, которые были характерны для его витка № 112.
Таблица 2.1. Параметры орбиты RS-20
Параметры орбиты_______
Эпохальное время AMSAT Наклонение орбиты Долгота восходящего узла Эксцентриситет Аргумент перигея Средняя аномалия Средняя скорость Среднее ускорение Номер витка
Величины параметров 02339,88424911с 98,2313°
224,4860°
0,0042730
49,1126°
311,2568°
14,53950833 вит/сут 2Д5Е-0005 вит/сут2 112
Привожу расшифровку каждого из параметров.
• Эпохальное время — время прохождения спутника через точку восходящего узла. В этот момент времени должны быть зафиксированы все перечисленные ниже параметры. Эпохальное время представлено в непривычном для нас виде: часы и минуты представлены как общее количество секунд. Для перевода подобной записи времени в обычную существуют специальные формулы. Любое, а не только эпохальное, время можно рассчитать по этим формулам и представить в виде секунд.
• Наклонение орбиты — это угол наклона плоскости орбиты к плоскости экватора. Величина этого угла у разных спутников может быть различной в пределах от 0 до 180 град.
- При наклонении 0 град, плоскость орбиты совпадает с плоскостью экватора, при этом спутник движется с запада на восток.
- При наклонении 90 град, спутник всегда пролетает точно над северным и южным полюсами Земли.
- При наклонении 180 град, орбиты Спутника и экватора совпадают, при этом спутник движется с востока на запад.
• Долгота восходящего узла — долгота точки экватора, над которой проходит спутник в момент фиксации эпохального времени. Узлом называется условная точка на экваторе, над которой проходит спутник в данный момент. Если спутник при этом движется с юга на север, то узел называется восходящим, если с севера на юг — нисходящим.
• Эксцентриситет — относительная величина, которая показывает, насколько форма орбиты отличается от формы идеальной окружности. Если величина эксцентриситета равна 0, то орбита представляет собой идеальную окружность.
• Аргумент перигея — угол, начало которого берется из центра Земли, между направлением на точку восходящего узла и направлением на точку перигея орбиты. При аргументе, равном 0, точка перигея совпадает с точкой восходящего узла.
• Средняя аномалия — показывает положение спутника на орбите относительно перигея.
• Средняя скорость — число орбит за сутки (86 400 секунд).
• Среднее ускорение — относительная величина, которая показывает, как быстро спутник наращивает скорость своего движения под действием силы притяжения Земли.
• Номер витка (орбиты) — номер, соответствующий эпохальному времени.
На рис. 2.4 на фоне карты Земли, выполненной в прямоугольных координатах, изображены следы траектории трех последовательных орбит
спутника RS-20. Вокруг спутника замкнутой линией показана часть поверхности, на которой можно услышать сигналы этого спутника.
На рис. 2.5 представлены траектории спутника RS-15. Этот спутник находится на гораздо большем удалении от Земли, чем спутник RS-20, поэтому его зона радиовидимости охватывает значительно большую территорию.
Рис. 2.4. Траектории спутника RS-20
На рис. 2.6 изображены три траектории движения МКС (ISS). Угол наклона орбиты МКС значительно меньше, чем у предыдущих спутников, поэтому амплитуда траектории тоже меньше. Кроме того, обратите внимание на малую поверхность зоны радиовидимости, которая объясняется малой высотой (400 км) орбиты МКС.
Чтобы вы могли представить себе преимущества спутников, находящихся на орбитах с эллиптическими траекториями, для проведения радиосвязи, привожу на рис. 2.7 изображение зоны радиовидимости спутника АО-40.
зйИ
J
—-
^4 3 s s
XIS /V
и f/ fa/ X.
5
—— S «— — S 360 _
180 150 120 90 60 30 0 330 300 270 240 210 180
Рис. 2.6. Траектории полета МКС
Рис. 2.7. Зона радиовидимости АО-40
В главе 1 был дан перечень всех вращающихся вокруг Земли спутников с их краткими характеристиками. Для тех читателей, которые хотели бы узнать о том или ином спутнике чуть больше, там приведены адреса страниц в Интернете. Эти страницы, как правило, принадлежат радиолюбителям, которые готовы поделиться с друзьями своими знаниями и достижениями в спутниковой радиосвязи.
Еще раз привожу расшифровку некоторых специальных терминов, использованных в перечнях спутников.
• Downlink (линия вниз) — радиочастота, на которой можно получать информацию со спутника (на которой спутник ведет передачу на Землю).
• Uplink (линия вверх) — радиочастота, на которой следует передавать информацию на спутник (на которой спутник принимает информацию с Земли).
• Ll-band — работа на определенном частотном канале и при определенных условиях (см. соответствующую страницу в Интернете).
• Beacon — радиочастота, на которой работает МАЯК — специальный радиопередатчик, передающий на Землю позывные спутника и так называемую «телеметрию» —зашифрованное сообщение о состоянии технических систем данного спутника.
• USB, LSB, SSB — работа однополосным сигналом (на верхней боковой, нижней боковой, на любой боковой полосе частот).
• CW — работа телеграфом.
• ANS (AMSAT NEWS) — служба новостей организации AMSAT.
Аппаратура каждого из спутников может работать в нескольких, различающихся между собой режимах (mode). Данные по режимам работы спутников приведены в табл. 2.2.
При разработке аппаратуры спутника АО-40 (P3D) оказалось, что перечисленных выше режимов недостаточно. Пришлось ввести в обозначения режимов дополнительные символы, которые обозначают новые воз-
Таблица 2.2. Режимы работы спутников
Режим работы Диапазон Uplink Диапазон Downlink
Mode А 2 м 10 м
Mode В 70 см 2 м
Mode J 2 м 70 см
Mode К 15 м 10 м
ModeL 23 см 70 см
ModeS 70 см 12 см
ModeT 15 м 2 м
можные режимы работы аппаратуры на борту ИСЗ. Расшифровка новых символов в обозначении режимов приведена в табл. 2.3.
Таблица 2.3. Новые обозначения режимов
Символ* Диапазон Характеристики
Т 21 МГц Только Uplink
Н 24 МГц Только Uplink
V 145 МГц Uplink и Downlink
и 435 МГц Uplink и Downlink
L 1,2 ГГц Два Uplink: L1 и L2
S 2,4 ГГц Два Uplink и два Downlink: S1h S2
с 5,6 ГГц Только Uplink
X 10 ГГц Только Downlink
к 24 ГГц Допускается только Downlink
*Каждый символ характеризует определенный диапазон частот. Например, символ К обозначает диапазон частот 18—26,5 ГГц.
С появлением спутника АО-40 появились еще два новых термина— ALON и ALAT. Дело в том, что этот спутник имеет направленную антенну, которая в идеальном случае должна быть направлена точно на центр Земли. Так вот, термин ALAT обозначает величину отклонения (в градусах) направления антенны от идеального (ALAT = 0) по направлению широты Земли, a ALON обозначает величину отклонения (в градусах) направления антенны от идеального (ALON = 0) по направлению долготы Земли. Рассмотрим некоторые примеры.
1. ALON/ALAT = 0/0 Идеальный случай
2. ALON/ALAT = 0/10 Антенна имеет нулевое отклонение по долготе и отклонение по широте 10 град, на север
3. ALON/ALAT = 15/-10 Антенна имеет по долготе отклонение 15 град, на восток, а по широте — отклонение 10 град, на юг
4. ALON/ALAT = -20/-15 Антенна по долготе отклонена на 20 град, на запад, а по широте — на 15 град, на юг.
Для получения дополнительной информации по всем вопросам радиолюбительских спутников обращайтесь в Интернете по адресу: http:// www. amsat. or g/.
Информация в радиолюбительской сети
Радиолюбителями создана Всемирная радиолюбительская пакетная сеть. В этой сети и радиолюбители, и различные любительские организации публикуют много самой разнообразной информации по пробле
мам ИСЗ. Здесь вы можете найти и кеплеровские данные, и информацию о новых спутниках, и сообщения об интересных радиосвязях через ИСЗ, ит. д.
Если вы имеете доступ в Интернет, то получить такую информацию очень просто. Пятигорский городской радиоклуб (Пятигорск Ставропольского края) разместил в Интернете по адресу: http://baybox.narod.ru/ очень интересный web-сайт, который по существу представляет собой своеобразный шлюз между Интернетом и Всемирной любительской радиосетью. Далее я расскажу о том, как любой пользователь Интернета может получать информацию из радиолюбительской сети через Интернет.
О программе WinPack 6.70
Получить указанную выше информацию можно с помощью программы WinPack 6.70, если настроить ее на работу в режиме TELNET. Для этого следует:
• Скачать с WEB-сайта краснодарских радиолюбителей, который расположен по адресу http://hamradio.online.ru/,
- программу WinPack 6.70, которая находится в файловом архиве под именем Wpstx670.zip (и никакую другую!);
- русский справочник (help - файлы на русском языке) к этой программе;
- русифицированный шрифт к этой программе (файл называется winpack. fon).
• Распаковать программу в подготовленную заранее директорию и выполнить ее инсталляцию.
• Войти в рабочую директорию программы WinPack 6.70 и УДАЛИТЬ имеющийся в этой директории файл winpack.fon, а затем скопировать в эту директорию файл winpack.fon с русифицированным шрифтом. Еще раз обращаю внимание, что сначала нужно УДАЛИТЬ старый файл, затем на его место скопировать новый.
• Скопировать в эту же директорию файлы русского справочника, предварительно удалив старые с тем же названием.
• Войти в поддиректорию Scripts и в фaйлeJJBS.txt произвести доработку в соответствии с расположенным ниже новым текстом этого файла.
• Запустить программу WinPack 6.70 и произвести настройку этой программы для работы в режиме TELNET следующим образом:
- введите индивидуальные данные, для этого выберите пункты главного меню Options *► Personal/BBS Info и введите позывной своей радиостанции. Если такого позывного нет, то введите позывной rz6hdd (см. рис. 2.8);
- установите режим работы TELNET, для этого выберите Options Comms Setup. Появится окно, изображенное на рис. 2.9, в котором следует установить режим TELNET в нижнем справа окне выбора главного режима работы.
a WinPack-Telnet V6.70 13 Маг 2003 09:31 UTC
Fife . Ж Ор&гё . Y-W
Buffer: 0 CON □ CTS □ DSR □ DCD 0
Рис. 2.8. Ввод персональных данных в WinPack
Рис. 2.9. Ввод режима TELNET в WinPack
Ниже размещается текст обновленного файла BBS.txt. Эти обновления нужно выполнить заранее.
***************** Текст файла BBS.txt ******************* ; All lines in script files that start with •;' are ignored.
; This script file - BBS.TXT - ***MUST*** do nothing else other ; than make a connection to your local BBS and then leave you at ; the BBS prompt. It is used in auto-connects.
; The hot key. HOTKEY F2 ; The title. TITLE rz6hxa ; Send the command to connect to my local BBS. SEND c 217.13.211.53:4719 ; Wait for the connection to be established. If you get a very fast ; connection to the BBS, you may find you need to remove the WAITCON ; otherwise the BBS prompt may be missed. WAITFOR login: SEND rz6hdd WAITFOR password: SEND testl234 ; Wait for the prompt. WAITFOR (RZ6HDD)—> SEND 1 wsem -20 WAITFOR (ALL/WSEM)—> SEND 1 amsat -15 WAITFOR (SAT/AMSAT)—> SEND 1 SAT/NASA -5 WAITFOR (SAT/NASA)-> SEND 1 SAT/KEPLER -5
*************** конец файла BBS.txt ********************* После выполнения всех подготовительных работ ваш компьютер готов к получению различной информации из радиолюбительской пакетной сети. Порядок работы следующий:
• Войдите в Интернет.
• Запустите программу WinPack 6.70, подготовленную, как описано выше, и нажмите клавишу F2.
• На экране, в рабочем окне WinPack 6.70, начинается процесс входа в радиолюбительскую сеть и получение заголовков различных сообщений, имеющихся в настоящее время в запрограммированных рубриках сети. Вам будут представлены заголовки сообщений из следующих рубрик:
- рубрика WSEM/RUS — 20 заголовков. В этой рубрике российские и другие русскоязычные радиолюбители публикуют наиболее интересные сообщения на русском языке;
- рубрика SAT/AMSAT — 15 заголовков. Эта рубрика международная, в ней радиолюбители публикуют различные сообщения на тему спутниковой радиосвязи;
- рубрика SAT/NASA — 5 заголовков. В этой рубрике публикуются либо официальные сообщения NASA, либо другая информация общего назначения, касающаяся спутников;
- рубрика SAT/KEPLER — 5 заголовков. В этой рубрике обычно помещаются постоянно обновляющиеся кеплеровские данные по всем радиолюбительским спутникам.
Информация в рубриках постоянно обновляется (по мере поступления новой). Как правило, каждый день появляется что-либо новое.
Итак, просмотрев заголовки всех сообщений, вы решили прочитать, предположим, сообщение № 678 из рубрики WSEM. Чтобы прочитать заинтересовавшую информацию, наберите в узком окне командной строки команду R wsem 678 и нажмите клавишу <Enter>.
Если вы хотите прочитать сообщение № 66 из рубрики NASA, то в командной строке наберите команду г nasa 66.
Если какие-то из сообщений представляются для вас важными, то их можно сохранить в файле. Для этого заранее, перед чтением сообщения, создайте файл, в котором это сообщение будет сохраняться. Для этого в меню выберите File *► Capture. Появится диалоговое окно, в котором нужно задать имя нового файла. Мною такие файлы именуются с указанием месяца и даты, например созданный 20 марта файл я называю mart20.txt. Для получения большего количества информации зайдите на сайт по адресу: http://baybox.narod.ru/.
Выполнив вышеописанные действия, вы заходите на почтовый сайт Всемирной радиолюбительской сети. Он имеет позывной RZ6HXA и представляет собой почтовую программу BayCom-Mailbox, установленную на платформе Linux. Описанным выше способом вы заходите на этот сайт не как пользователь, а просто как наблюдатель (гость) и имеете право только просматривать имеющуюся здесь информацию. Из более чем 120 команд, доступных «нормальному» пользователю, вам доступны только следующие команды:
HELP HCMD Н «команда» DB*
получить краткий перечень команд;
получить перечень всех возможных команд;
подсказка по этой команде;
получить список всех рубрик с количеством бюллетеней в каждой из них;
получить заголовки последних 12 бюллетеней в рубрике WSEM;
прочитать сообщение № 34 из рубрики AMSAT;
показать 10 последних записей из аппаратного журнала.
L wsem-12
R AMSAT 34
LOG
Следует иметь в виду, что к программе WinPack группа российских радиолюбителей выполнила отличный перевод справочника. На рис. 2.10 изображена первая страница русифицированного справочника.
Ф2 (запущена система Help Author)
Содержание; J Печать |
От авторов перевода
©
Уважаемые пользователи программы Win Рас К.
Для большего удобства работы с данной справкой пользуйтесь экраном High Color (16 разрядов) с разрешением 800x600 точек.
По всему тексту справки содержимое в квадратных скобках [...] является примечанием переводчиков. Полужирным курсивом темно-синего цвет, выделены нарицательные имена (имена файлов, программ, позывные и т.п.). Обратите внимание также на то, что все слова или фразы, выделенные полужирным курсивом сиреневого цвета, снабжены ’’всплывающими” справками или переходами на поясняющие разделы справки По таким словам или фразам можно щелкать мышкой для получения дополнительных сведений. Если всплывающая справка не помещается на экране, переключит справочную систему Windows на более мелкий шрифт.
RV3DBL/3, Михаил, Белгород Россия rv3dbl @ rk3zwo.ampr.org
RA3DOA, Андрей, Москва Россия agotro@fnmail.com
Основные сведения Н От авторов перевода i Введение
Регистрация программ! Поддержка режимов Hos Настройка TNC Основной экран Параметры связи Окна приема Окно редактирования Ваша местная BBS... Персональные данные Колонки списка сообще! Автосоединение с BBS Чтение бюллетеней Исходящие сообщения Заинтересовались?.. Почтовые параметры Еще о почте Сокращение бюллетене Удаленный доступ Связь с ПХ-кластером Файлы сценариев Программа 7phis... Вывод на печать Тематика бюллетеней Программы-лросмотри. Winpack и ВРО VV/нРасА и ВРО BPQ и виртуальный TNh . .................
Рис. 2.10. Первая страница справочника к программе WinPack
Глава 3. Расчет элементов орбит ИСЗ
Чтобы начать работу со спутником, нужно следующее:
• Уметь произвести расчет времени появления спутника в зоне радиовидимости вашей станции.
• Иметь антенны и аппаратуру, способные удовлетворительно принимать сигналы от спутника и передавать сигналы на спутник.
В этой главе будут описаны два из возможных вариантов расчета времени появления спутника в зоне радиовидимости вашей станции, времени нахождения спутника в зоне радиовидимости и определения азимута точки нахождения спутника в зоне радиовидимости. Некоторые BBS в любительской пакетной сети предлагают для удаленных пользователей специальную услугу — расчет этих параметров. Но я не советую пользоваться этой услугой, если вы хотите иметь точные данные. Подобные расчеты нужно делать самому, на своем компьютере. По какой программе эти расчеты делать, должен решать сам радиолюбитель. Программ для подобных целей много, все они красочные и привлекательные, поэтому выбирайте сами.
Чтобы начать расчет указанных выше элементов орбит, загляните в Интернет и возьмите там очень необходимые для проведения расчетов кеп-леровские данные.
Кеплеровские данные
В начале 17 века немецкий ученый Иоганн Кеплер установил законы, по которым движутся планеты. Движение спутников также подчиняется законам Кеплера, поэтому каждому спутнику соответствует определенный набор данных, которые рассчитываются по законам Кеплера и характерны только для этого конкретного спутника в данный период времени. Известно, что спутник с каждым витком на какое-то расстояние приближается к Земле, следовательно, его координаты в небесном пространстве изменяются. Эти изменения вынуждают периодически производить перерасчеты кеп-леровских данных. Расчеты по устаревшим данным приводят к ошибкам.
Радиолюбители, как правило, для своих расчетов применяют кеплеровские данные, которые периодически обновляет и публикует NASA — Национальное агентство по аэронавтике США. В Интернете файл с кепле-ровскими данными можно взять в нескольких местах.
• На странице AMSAT-NA, расположенной по адресу http:// www. amsat. or g /.
• На странице по адресу http://logsat.com/. Эта страница рекламирует программу LOGS АТ для расчета орбит спутников. Здесь можно посмотреть красочную карту с расположением облаков над Европой и Север
ной Америкой. В правой колонке, примерно посередине страницы, находится маленькая статья, озаглавленная «Keplerian Elements». Внизу выделенный текст «Download latest keps.zip (~50Kb)». Если вы щелкните клавишей мыши на этом тексте, то скачаете в свой компьютер текстовый файл с кеплеровскими данными по всем спутникам, находящимся в космосе. В этом файле приведены данные по очень большому числу спутников, но вам из этого файла следует взять только первые 100-150 строк. Листинг 1 как раз и представляет собой фрагмент файла keps.tle.
Кроме того, файл с кеплеровскими данными бывает на пакетных BBS в рубрике KEPLER. О том, как получить эти данные с помощью программы WinPack 6/70, рассказано в гл. 2.0 том, как использовать файл с кеплеровскими данными в расчетах, я расскажу чуть позже.
Листинг 1. Файл keps.tle (фрагмент)
АО-10
1 14129U 83058В 02033.18694793 .00000054 00000-0 10000-3 0 8617
2 14129 25.9498 229.6755 6066219 221.4578 71.5899 2 .05868503112214
RS-10/11 1 18129U 87054А 02039.55627138 .00000180 00000-0 17967-3 0 449
2 18129 82.9225 63.8908 0010859 181.6307 178.4815 13 .72631583733066
LO-19 1 20442U 90005G 02039.84753760 .00000955 00000-0 37583-3 0 6883
2 20442 98.4000 109.6430 0011221 238.5358 121.4730 14 .31406582629020
RS-12/13 1 21089U 91007А 02039.54108081 .00000227 00000-0 22435-3 0 4005
2 21089 82.9211 99.6653 0027639 252.2863 107.5276 13 .74336559552273
UO-22 1 21575U 91050В 02039.91570570 .00001543 00000-0 51657-3 0 4257
2 21575 98.1235 46.5018 0007524 177.1622 182.9612 14 .38638185554402
АО-2 7 1 22825U 93061С 02040.24588147 .00000769 00000-0 32224-3 0 1937
2 22825 98.3202 83.1584 0007765 290.1487 69.8859 14 .28684391436420
10-26 1 22826U 93061D 02040.19164727 .00000853 00000-0 35421-3 0 1459
2 22826 98.3227 84.0329 0008516 291.6588 68.3683 14 .28881249436451
КО-25 1 22828U 93061F 02040.12575562 .00000721 00000-0 29966-3 0 1425
2 22828 98.3187 84.2191 0009287 269.1829 90.8276 14 .29262140404638
RS-15 1 23439U 94085А 02039.12552304 -.00000028 00000-0 40255-3 0 6002
2 23439 64.8166 288.6167 0158145 185.4635 174.4568 11 .27543901293268
ISS (ZARYA) 1 25544U 98067А 02040.45740741 .00071579 00000-0 84566-3 0 529
2 25544 51.6401 335.0506 0005966 56.8127 88^.6217 15 .60632592184101
АО-40 1 26609U 00072В 02040.30164575 - -.000004/71 00000-0 10000-3 0 1976
2 26609 7.0167 128.7673 7944406 19.6315 358.4314 1 .25596762 5881
Как расшифровать кеплеровские данные
О том, каким образом можно расшифровать кеплеровские данные из двухстрочной таблицы, поясню на следующем примере. Ниже (листинг 2) размещена таблица в виде двух строк с кеплеровскими данными, относящимися к спутникам RS-20 (MOZHAYETS).
Листинг 2. Кеплеровские данные спутников RS-20
MOZHAYETS
1 27560U 02054В 03048.72233407 .00000781 00000-0 19348-3 0 1035
2 27560 98.2355 297.1543 0043369 180.8619 179.2510 14.54097409 11834
Листинг 3 содержит таблицу, в которой каждый элемент кеплеровских данных зашифрован как набор одних и тех же символов (букв). О том, что обозначают эти символы, можно узнать в табл. 3.1.
Листинг 3. Вспомогательная таблица
Название спутника
1 CCCCCU YYNNN Q ТТТТТ. ТТТТТТТТ . DDDDDDDD VWW-V GGGGG-G 0 SSSZ 2 ССССС III.IIII RRR.RRRR ЕЕЕЕЕЕЕ РРР.РРРР ААА.АААА ММ.MMMMMMMMOOOOOZ
Файлы с кеплеровскими данными используются большинством программ, выполняющих расчеты элементов орбит ИСЗ. Наряду с описанными выше файлами кеплеровских данных в двухстрочном формате NASA существуют файлы с кеплеровскими данными в формате AMSAT. В качестве примера в листинге 4 приведен фрагмент такого файла.
Листинг 4 . Файл с данными (фрагмент)
Satellite: AO-10 Catalog number: 14129
Epoch time: 2091 .93171597
Element set: 869
Inclination: 25.7910 deg
RA of node: 219.6611 deg
Eccentricity: 0.6078924
Arg of perigee: 237.9181 deg
Mean anomaly: 49.0058 deg
Mean motion: 2 .05871381 rev/day
Decay rate: 2.030e-06 rev/day74 2
Epoch rev: 11342
Checksum: 339
Satellite: RS-10/11
Catalog number: 18129
Epoch time: 2094.29912059
Element set: ‘ 63
Inclination: 82.9275 deg
RA of node: 23.3998 deg
Таблица 3.1.Описание кеплеровских данных
Символ Расшифровка символов
С Порядковый номер спутника, присвоенный ему в каталоге NASA
Y Две последние цифры из года запуска спутника
N Порядковый номер запуска данного спутника среди всех других запусков в течение года
Q Номер данного спутника среди всех других объектов, выведенных на орбиту данной ракетой-носителем
т Эпохальное время — время прохождения спутником через точку восходящего узла. В этот момент времени должны быть измерены и зафиксированы все основные параметры орбиты. Далее эти параметры будут называться эпохальными. Восходящий узел — момент пересечения спутником плоскости экватора при движении с юга на север
D Цифра коррекции движения — положительная или отрицательная величина, учитывающая воздействие гравитационных сил Солнца и Луны на скорость движения спутника
V,G,O,Z В расчетах не применяются
Z Контрольная сумма всех цифр, расположенных в строке
I Угол наклона плоскости орбиты спутника к плоскости экватора. Может изменяться от 0 до 180 град. • При 1 = 0 плоскость орбиты спутника совпадает с плоскостью экватора, при этом спутник движется с запада на восток. • При I = 90 град, спутник всегда пролетает точно над северным и южным полюсами Земли. • При I = 180 град, плоскость орбиты спутника совпадает с плоскостью экватора, при этом спутник движется с востока на запад
R Долгота точки экватора, над которой проходит спутник в момент фиксации эпохального времени (долгота эпохального восходящего узла)
Е Эксцентриситет — все орбиты эксцентричные, т. е. отличны от окружности. При Е = 0 — абсолютно круговая орбита. С увеличением Е эллиптичность орбиты увеличивается, орбита все более вытягивается
Р Аргумент перигея — измеряется как угол из центра Земли между направлением на точку восходящего узла и направлением на точку перигея орбиты. При Р = 0 точка перигея совпадает с восходящим узлом
А Средняя аномалия (МА) показывает положение спутника на орбите относительно перигея
М Средняя скорость — число орбит за сутки (24 ч = 1 440 мин= 86 400 с)
0 Номер эпохальной орбиты — расчетная величина, не всегда совпадающая с действительной
Eccentricity: 0.0012998
Arg of perigee: 42.6564
Mean anomaly: 317.5598
Mean motion: 13.72649515
Decay rate: 1.570e-06
Epoch rev: 8521
Checksum: 394
Satellite: AO-16
Catalog number: 20439
deg deg rev/day rev/day/42
Epoch time: Element set: Inclination: RA of node: Eccentricity:t Arg of perigee Mean anomaly: Mean motion: Decay rate: Epoch rev: Checksum:
2096.24295923
711
98.3592
159.0853
0.0011985
72.7887
287.4602
14.31247204
6.050e-06
-1837
366
deg deg
deg
deg rev/day rev/day2
Satellite: RS-12/13
Catalog number: 21089
Epoch time: 2096 .90992114
Element set: 414
Inclination: 82.9203 deg
RA of node: 57.0788 deg
Eccentricity: 0.0030880
Arg of perigee: 90.2610 deg
Mean anomaly: 270.2087 deg
Mean motion: 13 .74353067 rev/day
Decay rate: 1.470e-06 rev/day/42
Epoch rev: -9521
Checksum: 340
Программа TRAKSAT
Для расчета элементов орбит ИСЗ применяются специальные компьютерные программы. Среди множества таких программ, которые можно найти в Интернете, лучшей, по моему мнению, является программа TRAKSAT v.4. Автор программы Paul Е. Traufler является сотрудником NASA, где занимается вопросами расчета элементов орбит ИСЗ на профессиональном уровне. Программа многофункциональная, очень красочная, легко осваивается и выполняет расчеты с высокой точностью. Она рассчитана на работу под управлением MS-DOS, но отлично работает и под управлением Windows 95/98. Кроме того, Paul разработал програм-
му WINTRAK, которая предназначена для работы только под управлением Windows 95/98 и выше. Взять программы можно по адресу: http:// www.hsv.tis.net/~wintrak/ или http://amsat.org/.
После того, как вы взяли из Интернета комплект файлов, входящих в состав программы TRAKSAT v.4, и сохранили его в специальном каталоге, следует очень внимательно отредактировать инициализационный файл. Укажите путь к каталогу, в котором будут находиться файлы с расчетными данными. Для этих целей можно создать специальный каталог, а можно использовать любой из имеющихся. Периодически следует брать в Интернете обновленный файл с кеплеровскими данными и первые 150-200 строк этого файла копировать в файл TLE.TXT, который входит в состав комплекта программы TRAKSAT v.4. Перед копированием старое содержимое файла TLE.TXT следует удалить.
Начинаем расчет с выбора нужного спутника. Для этого выполняем следующие действия:
1. Входим в пункт меню Satellites и из предложенного программой перечня спутников, имеющихся в файле с кеплеровскими данными, выбираем нужный, например RS-12/13.
2. Затем входим в пункт меню Stations и выбираем нужный вариант станции слежения. Если в вашем инсталляционном файле указаны координаты только одной станции, то этот пункт можно не выполнять.
3. Входим в пункт меню Time и выбираем Delta-Time. Затем следует установить дату, для которой будет проводиться расчет (строка Date), время начала расчета (строка Time), длительность (строка Length) — количество суток, для которых необходимо сделать расчет. В строке Step size назначаем нужный шаг для выполнения расчета, по умолчанию программа выбирает шаг, равный одной минуте.
4. Входим в пункт меню Output Modes и выбираем строку Tabular. В появившемся окне Output Devices выбираем строку File. После этого выбора программа показывает вам имя создаваемого ею нового файла и путь к каталогу, в котором этот файл будет располагаться. После нажатия предложенной программой клавиши выполняется файл с расчетом. Далее с этим файлом можно выполнять любые необходимые вам действия.
Следует заметить, что программа TRAKSAT v.4 является частично оплачиваемой (shareware version), и если вы хотите использовать эту программу постоянно, то нужно платить. Но существуют и по-настоящему бесплатные программы, не уступающие описанной выше по точности расчетов.
Программа ORBITA
Еще в начале 90-х годов прошлого столетия мною была разработана, на базе материалов из журнала «Радио», программа для расчета элементов орбит. Программа должна была служить специальным инструментом, позволяющим самому, основываясь на экспериментальных данных, методом прогнозирования, определять эпохальные величины, по которым затем выполнялись расчеты. В те годы о существовании файлов с кеплеровскими данными мы ничего не знали и вынуждены были идти своим путем. Иногда газета «Советский патриот» публиковала кое-какие данные, необходимые для расчетов, но потом эта информация прекратилась. Так что каждый был вынужден создавать свои методы, чтобы делать необходимые расчеты.
С тех пор программа ORBITA несколько раз дорабатывалась. На сегодняшний день вижу в ней еще многие возможности для доработки, но заниматься нет времени. Эта программа была описана в статье «О расчете орбит для спутников RS» в журнале «Радиолюбитель» № 7 за 1996 год. В настоящее время мною используется программа ОРБИТА 2, сделанная позднее и более удобная в работе. Взять эту программу можно в Интернете на странице по адресу: http://users.kaluga.ru/ra3xb/.
Если расчеты времени подхода спутника выполнены с помощью программы ORBIT А_2, то расхождение расчетного времени с фактическим не превышает ± 1-2 мин. Это исключительная точность. Программы, заложенные в BBS F6FBB, в лучших случаях дают погрешность, в 3-4 раза худшую.
Основные положения программы ORBITА 2
Программа предназначена для радиолюбителей, увлекающихся радиосвязью через радиолюбительские искусственные спутники Земли. Может выполняться на любых совместимых с IBM PC компьютерах и работать как под управлением MS-DOS, так и Windows 95/98 и выше.
ORBITA_2 распространяется свободно, без какой-либо оплаты, по известному принципу «как есть», т. е. без каких бы то ни было гарантий со стороны автора и без претензий со стороны пользователя. При сравнении расчетов, выполненных программой TRAKSAT v.4 и программой ORBITА_2, разницы в полученных данных не обнаружено.
Программа проводит полные расчеты для всех спутников, расположенных на круговых и эллиптических орбитах. Назначение программы — рассчитать орбиты спутника, которые проходят через зону радиовидимости заданной станции слежения, и выдать данные о времени вхождения спутника в зону радиовидимости и выхода его из этой зоны в любые заданные дни и часы. Необходимость разработки этой программы была выз
вана тем, что большинство из известных автору зарубежных программ не выдавали таких данных, а только показывали красочные картинки с расположением спутников в масштабе реального времени. Кроме того, документация на английском языке не всегда может быть понятна отечественному радиолюбителю.
В состав комплекта входят следующие файлы:
• orbita_2.exe — исполняемый файл;
• orbita_2.ini — конфигурационный файл;
• orbita_2.doc — файл описания работы программы;
• keps.tle — файл с кеплеровскими данными NASA;
• myqth.dat — файл с данными о вашем месторасположении, создается программой;
• select.dat — создается в процессе работы;
• text.txt — создается в процессе работы.
Расчеты выполняются на основании кеплеровских данных NASA, которые можно брать в Интернете по адресу: http://amsat.org/ или http:// www. logsat. com /.
Следует помнить, что эти файлы с кеплеровскими данными постоянно обновляются. Расчеты по данным из файла «старше» 20 дней будут давать ошибки. Чем «старше» файл, тем большая будет ошибка в расчетах.
Как я уже говорил, файлы с кеплеровскими данными обычно содержат сведения по всем спутникам, которые летают в космосе, включая и те, которые не нужны радиолюбителю. Практически из такого файла нужны первые 100-200 строк с информацией о радиолюбительских спутниках.
Аналогичные файлы можно встретить и в BBS любительской сети Packet Radio в разделе KEPLER. Информация по каждому спутнику представлена в таком файле в виде двухстрочного набора цифр с предшествующим названием спутника. Расшифровка данных подобного файла приведена выше.
При запуске программа считывает в память информацию по определенному числу спутников, проверяет наличие в комплекте всех вспомогательных файлов и только после этого выдает на экран рабочее меню.
Конфигурационный файл orbita_2.ini служит для ввода в программу некоторых данных, которые необходимы для выполнения расчетов и которые вы можете выбирать по своему усмотрению. Вносить изменения в этот файл следует только в крайнем случае.
Файл myqth.dat служит для внесения в память данных о вашем местонахождении: название станции слежения, широта и долгота вашей стан
ции, а также высота над уровнем моря. При этом северная широта (на север от экватора) и восточная долгота (на восток от нулевого меридиана) вводятся без знака, а южная широта и западная долгота вводятся со знаком «минус». Далее, в четвертой строке, указывается разница в часах между вашим местным временем (временем на часах вашего компьютера) и временем GMT. Если время GMT меньше вашего местного времени, то величина указывается со знаком «минус».
В нижней строке располагаются величины минимальных углов, здесь должны быть нули (или единички).
В качестве примера ниже приведены данные из myqth.dat для RA3XB.
Ludinovo-RA3XB
53.85
34.65
110.00
-4
0.00 0.00
Перед первым включением программы вы должны четко знать широту и долготу вашего местонахождения, чтобы ввести эти данные в программу. При первом включении программы файл myqth.dat должен быть удален из каталога программы. В таком случае программа предлагает ввести необходимые данные и сама создает этот файл.
Практическая работа с программой
Для начала работы следует получить наиболее свежий файл с кеплеровскими данными NASA и поместить его в каталог программы под именем keps.tle. Не забывайте, по мере необходимости, обновлять этот файл!
Рассмотрим работу программы по пунктам меню.
• Пункт А. При выборе этого пункта программа выдает на экран расчетные данные времени ПЕРВОГО ПРЕДСТОЯЩЕГО входа каждого спутника в зону радиовидимости и выхода из этой зоны. Данные выдаются в режиме времени GMT. Если спутник уже находится в зоне радиовидимости, то выдается только время выхода, а вместо времени входа стоят нули. Для спутников, находящихся на геостационарных орбитах, на экран выдается текстовая строка «Орбиты не доступны!».
• Пункт В. То же, что в пункте А, только время входа и выхода выдается в относительном формате, т. е. показывает, сколько времени осталось до предстоящего входа спутника в зону радиовидимости. Если спутник уже находится в зоне радиовидимости, то выдается только время, оставшееся до выхода, а вместо времени входа стоят нули. Для спутников, находящихся на геостационарных орбитах, на экран выдается текстовая строка «Орбиты не доступны!».
Пункт С. Выдаются на экран параметры расположения Солнца и Луны на данный момент.
Пункт D. Выдаются на экран некоторые справочные данные по всем спутникам, имеющимся в кеплеровском файле, а также СРОК — «возраст» файла с кеплеровскими данными. Если СРОК более 15 или 20 дней, то этот файл нужно менять. Для облегчения просмотра этой информации желательно, чтобы в файле с кеплеровскими данными содержались сведения лишь по интересующим вас спутникам.
Пункты Н и I. Выдаются на экран некоторые справочные данные.
Пункт Е. Позволяет просмотреть справочные кеплеровские данные по всем спутникам и, в случае необходимости, провести корректировку (редактирование) любых кеплеровских данных. При этом создается файл keps.tmp, в котором сохраняются данные после редактирования.
Пункт Р. Проводится прогноз-расчет для заданного дня и времени. При этом программа запрашивает дату для расчета, время начала расчета, число дней для продолжительности расчета (не следует назначать более 2-3 дней), шаг (в минутах или секундах) проведения расчета. Для спутников, находящихся на низких орбитах, следует назначать величину шага, равную 1 мин или нескольким десяткам секунд (перед числом секунд обязательно должен стоять знак «минус»). Для спутников, находящихся на эллиптических орбитах, следует назначать шаг не более 15 мин. Программа также запрашивает имя файла, в котором должны сохраняться результаты расчета. Если название файла не введено, то результаты записываются в файл text.txt.
1 . UТС (1-й столбец в таблице расчета) — время в формате GMT. Первые две цифры — часы, вторые две цифры — минуты. Если вам необходимо время в местном формате, то к данной величине нужно прибавить разницу: для летнего времени 4 часа, для зимнего — 3 часа (для пояса MSK).
2 . Аз (2-й столбец) — азимут (направление на спутник). Азимут севера равен 0 град., далее по часовой стрелке до 360 град. Азимут юга равен 180 град.
З .Элев (3-й столбец) — элевация, или угол места, — угол между плоскостью, проходящей через станцию и горизонт, и направлением на спутник. При Элев = 90 град, спутник пролетает прямо над вашей головой.
4 . Расст (4-й столбец) — расстояние между станцией слежения и спутником.
5 .У гол (5-й столбец) — возможный угол основного лепестка вашей антенны.
б .Доппл (6-й столбец) — величина допплеровского эффекта. В данном случае эта величина рассчитывается для частоты 435 или 2400 МГц. Так что пользы от этого параметра очень мало.
7 .МА (7-й столбец) — определенная часть траектории (орбиты) спутника. Вся орбита разбита на 256 частей, и каждая из этих частей имеет свой номер, соответствующий значению МА. Так, самая низкая точка орбиты — перигей — имеет МА=0 и Угол= 0 град. Далее, против часовой стрелки, МА и Угол возрастают и достигают в апогее МА=128, а Угол=180 град. При дальнейшем движении против часовой стрел- • ки увеличение продолжается, и в перигее МА =256, а Угол= 360 град. Затем все повторяется на новой орбите.*
в.Солн (8-й столбец) — показывает степень освещенности спутника прямым солнечным светом. Это очень важный параметр для спутников, так как все они питаются энергией солнечных батарей. Для обозначения степени освещенности мною приняты следующие буквосочетания:
- НЕТ — спутник находится в тени Земли и абсолютно не освещен;
- ЧАС — спутник частично находится в тени (больше тени, чем света);
- ОСВ — спутник полностью освещен солнечным светом;
- ОСЧ — спутник частично освещен (больше света, чем тени).
• Пункт R. Проводится расчет для всех спутников одновременно. Чтобы было удобно пользоваться этой строчкой меню, в файле keps.tle должны находиться данные только нужных для работы спутников. Расчет проходит в режиме реального времени.
• Пункт г. Проводится расчет только для спутников, которые в данный момент находятся в зоне радиовидимости вашей станции. Расчет проходит в режиме реального времени.
• Пункт S. Проводится выбор нескольких спутников для проведения последующих расчетов в режиме реального времени. Выбранные спутники сохраняются в файле select.dat, который сохраняется до следующего выбора команды S.
• Пункт s. Проводится расчет только для выбранных в предыдущем пункте спутников. В столбце Сост ВХОД-ВЫХ выводится на экран:
1.Если стоит ВХОД, выводится время до предстоящего входа в зону радиовидимости.
2.Если стоит ВЫХ, выводится время до выхода из зоны радиовидимости.
* В тексте заголовка, предшествующего каждой новой орбите, слово «Срок» означает возраст (в днях) файла с кеплеровскими данными.
3.Значок л во 2-м столбце означает приближение спутника к станции слежения.
4.Значок v во 2-м столбце означает удаление спутника от станции слежения.
Программа ORBIT А_2 будет расширяться. Предполагается дополнить ее функциями работы с локатором, расшифровки эпохальных данных и некоторыми другими.
3 Зак 1126
Глава 4. Связь через любительские ИСЗ
Радиоаппаратура на ИСЗ
На ИСЗ может быть установлена самая разнообразная любительская аппаратура:
• для передачи на Землю картинок с изображениями видимой из космоса земной поверхности;
• для экспериментов с высокоскоростной цифровой связью;
• для ретранслирования полученных с Земли сигналов снова на Землю, но на другой частоте;
• для передачи на Землю данных о температуре в различных отсеках ИСЗ и напряжении электрических батарей и много другое.
На мой взгляд, самой большой популярностью пользуются ИСЗ, на борту которых установлены ретрансляторы. Примером таких ИСЗ были спутники RS-12 и RS-13, посредством которых радиолюбители проводили между собой радиосвязи в течение многих лет. С середины прошлого года эти спутники замолчали, ко всеобщему сожалению.
Что такое ретранслятор
Ретранслятор представляет собой приемопередающий радиоаппарат, который принимает с Земли информационные сигналы на одной из частот заданного диапазона и тут же передает их на Землю, но уже на другой частоте. Этими сигналами могут быть и тональные телеграфные посылки, и посылки каких-то видов цифровой связи, и передачи человеческим голосом. При этом все передаваемые сигналы содержат тот же набор звуковых частот, которые были в исходном сигнале. Поэтому мы говорим, что ретрансляторы относятся к разряду аналоговой радиоаппаратуры в отличие от радиоаппаратуры цифровой, которая принимает и передает сигналы только с определенными звуковыми частотами, либо просто посылки немодулированной несущей частоты.
Каким должен быть ретранслятор
Материал о ИСЗ с аппаратурой для любительской радиосвязи на борту, изложенный мною в данной книге, предназначен, в основном, для начинающих радиолюбителей. Но и опытные также смогут освежить в памяти информацию, которая печаталась в журналах много лет тому назад, в начале эры освоения космического пространства.
Многих радиолюбителей может заинтересовать вопрос о максимальной дальности радиосвязи через ретранслятор. Постараемся разобраться с этим вопросом.
Дальность связи зависит от прямой радиовидимости ретранслятора с передающего и приемного пунктов связи. Схема связи через ретранслятор показана на рис. 4.1, где буквой D обозначена предельная дальность связи между радиостанциями 1 и 2 при высоте Н расположения ретранслятора над Землей; Ds - предельная наклонная дальность связи каждой радиостанции до ретранслятора. Математические соотношения между этими величинами отображаются написанными ниже формулами.
Р = 2arcsin[r0/(r0 + Н)];
а=180°-р;
D = а(лго/18О°);
Ds= ,/H(H-2r0) .
По этим формулам можно рассчитать, что при расположении ретранслятора на высоте от 50 до 500 м (что соответствует высоте современных зданий, телевизионных башен и относительно небольших естественных воз-
Рис. 4.1. Спутник-ретранслятор над Землей
вышенностей) может быть обеспечена дальность связи до 50-150 км. При расположении ретранслятора на высоте 0,5-20,0 км (на горных вершинах или перевалах, летательных аппаратах — вертолетах, самолетах, аэростатах, дирижаблях, шарах зондов) дальность связи возрастает до 150-1000 км. Если же ретранслятор поместить на искусственном спутнике Земли (ИСЗ), т. е. на высоте 500-5 000 км, то дальность связи составит 5000-12 000 км. При высоте орбиты ретрансляционного спутника около 50 000 км (что реально для спутников на эллиптических орбитах) возможна связь между корреспондентами, находящимися в противоположных точках Земли на расстоянии примерно 18 000 км. Дальнейшее, даже значительное увеличение высоты ретранслятора не дает сколько-нибудь заметного увеличения радиовидимости.
В то же время наклонная дальность связи Ds, определяющая необходимый энергетический потенциал радиолинии, с увеличением высоты начинает расти: при Н = 500-5000 км она составляет около половины возможной дальности связи, а на высотах около 1500 км обе величины D и Ds становятся примерно одинаковыми. Отсюда можно сделать вывод, что вывод ретрансляционного спутника на высоту более 1200-15 000 км не может дать заметного увеличения дальности связи. Выигрыш в данном случае получается только в продолжительности сеанса связи.
Принципиальное различие между наземными стационарными любительскими ретрансляторами и ретрансляторами, установленными на летательных аппаратах или ИСЗ, заключается в том, что первые могут обеспечить непрерывную круглосуточную связь, тогда как вторые (исключая спутники на стационарных орбитах) — только в периоды нахождения в зоне радиовидимости. Продолжительность одного сеанса связи и количество сеансов в течение суток зависят от параметров орбиты и достаточно точно прогнозируются.
При относительно низкой орбите, 1000-1500 км, продолжительность сеансов связи равняется 15-20 мин, количество их может быть три-четы-ре и более (8-10) в сутки в зависимости от угла наклона орбиты и географического положения корреспондентов. При этом наибольшее расстояние между корреспондентами, ведущими связь, будет равняться примерно 6000-7000 км, а площадь прямой радиовидимости при такой орбите составит свыше 25 млн. кв. м. Количество одновременно работающих корреспондентов определяется шириной полосы передаваемых частот и энергетическим потенциалом ретранслятора.
При более высоких орбитах продолжительность сеансов связи увеличивается и может достигать нескольких часов (для спутников на эллиптических орбитах), но при этом сокращается количество сеансов в течение суток.
Далее рассмотрим вопрос о мощности ретранслятора. Требуемая мощность передающего устройства определяется, в основном, потерями энергии
электромагнитного излучения при распространении радиоволн. Для расчета этих потерь в [1] или иной литературе имеются специальные номограммы. Шкала частот такой номограммы охватывает У КВ-диапазон от 28 до 6000 МГц с отметками участков диапазонов, специально выделенных для любительской радиосвязи. Для определения потерь энергии по номограмме находят точку пересечения шкалы потерь с линией, которая соединяет на шкале частот и на шкале расстояний точки, соответствующие выбранным значениям.
По номограмме можно определить, например, что при работе ретранслятора на передачу в диапазоне 28,0-29,7 МГц и наклонной дальности связи 5000 км, что соответствует удалению ретранслятора от Земли на 2000 км и возможной дальности связи с корреспондентами до 9000 км, потери составят около 135 дБ. Если использовать приемники с полосой пропускания 1,0-3,0 кГц и чувствительностью 0,3-0,5 мкВ при соотношении сигнал/шум 10 дБ, а также направленную приемную антенну с коэффициентом усиления 6-8 дБ, то необходимая излучаемая мощность ретранслятора будет составлять десятки милливатт. При одновременной ретрансляции нескольких каналов связи мощность ретранслятора должна быть соответственно больше.
При увеличении высоты орбиты до 30 000 км, что должно обеспечить практически предельную дальность связи (18 000 км), потери составят 150 дБ, что на 15 дБ больше, чем в рассмотренном нами примере. Однако это может быть компенсировано повышением чувствительности наземного приемного устройства (увеличением коэффициента усиления приемной антенны) или увеличением мощности бортового ретранслятора (уменьшением количества одновременно транслируемых каналов, т. е. количества одновременно работающих через ретранслятор радиостанций).
Ретранслятор на ИСЗ
Кратко рассмотрим некоторые основные моменты, касающиеся движения Земли и главных параметров орбит ИСЗ.
Земля имеет форму, очень близкую к шару со средним радиусом 6370 км, и в действительности представляет собой сплюснутый эллипсоид вращения, меньшей осью которого является ось вращения Земли. Разность экваториального и полярного радиусов Земли составляет всего 20 км.
Земля, совершая один полный оборот с запада на восток в течение суток (23 ч 56 мин 04 с звездного времени), находится в постоянном поступательном движении вокруг Солнца по слегка эллиптической орбите с эксцентриситетом менее 2%, периодом обращения 365 суток 5 ч 59 мин. Ее земная ось имеет наклон к плоскости орбиты 23,5°. Средняя скорость движения Земли по орбите — 29,8 км/с.
Орбиты искусственных спутников Земли (их плоскости всегда проходят через центр Земли) разделяются на:
• экваториальные, когда плоскость орбиты спутника лежит в плоскости экватора;
• полярные, когда плоскость орбиты спутника проходит перпендикулярно плоскости экватора;
• наклонные, когда плоскость орбиты спутника занимает любое промежуточное положение.
Если угол между плоскостью орбиты и плоскостью экватора обозначить через i, то соответственно для полярной орбиты i = 90°, а для наклонной 0° < i < 90°. Наклонная орбита может иметь угол i > 90°, если ИСЗ запускаются против направления вращения Земли.
Орбита искусственного спутника Земли в околоземном космическом пространстве в общем виде, в соответствии с уравнениями Кеплера, представляет собой эллипс, в одном из фокусов которого находится Земля. Частным случаем эллиптической орбиты является круговая (или достаточно близкая к круговой), когда фокусы эллипса совпадают с центром окружности.
Ретрансляторы, работающие на круговых, близких к полярным орбитах представляют особый интерес для любительских связей. Преимущество орбиты, близкой к полярной, заключается в том, что при каждом витке ИСЗ проходит через все широты обоих полушарий, а в результате одновременного вращения Земли подспутниковая точка ИСЗ с каждым витком смещается к западу относительно земной поверхности. Периодичность, количество и длительность возможных сеансов связи в течение суток находятся в зависимости от частных параметров (основных элементов) орбиты и географического положения пунктов связи.
Какие же параметры относятся к основным элементам орбиты и определяют разрешающую способность ретранслятора? Их три:
• Прежде всего, высота орбиты Н над поверхностью Земли, которая определяет предельную дальность связи между корреспондентами. Если ориентироваться на высоту орбиты в пределах 1000-1500 км, то наибольшая радиовидимость ИСЗ от корреспондентов составит около 3500 км, а, следовательно, предельно возможная дальность радиосвязи будет составлять 7000-8000 км.
• Период обращения спутника Т — время, за которое спутник делает один оборот вокруг Земли, и скорость v его движения по орбите. По формуле Т (мин) = (2л/л/к )(г0 + Н)3/2
эти параметры можно с достаточной точностью рассчитать для круговых (точнее близких к круговым) орбит, имеющих высоты
Н = 700-1500 км. Для Н = 1000 км период обращения Т = 105 мин, скорость движения по орбите v = 7,3 км/с. В этих расчетах К (произведение гравитационной постоянной на массу Земли) принято равным 3,98 х 105 км3/с2, а средний радиус Земли г0 = 6370 км.
• Угол наклона орбиты относительно экватора i.
Следует также запомнить два понятия: восходящий и нисходящий узлы. Восходящим узлом называется точка проекции спутника на поверхность Земли в момент перехода через экватор с юга на север, а нисходящим узлом — то же, но при движении спутника с севера на юг. Каждый узел характеризуется временем и долготой.
Приведенных трех параметров (Н, Т, i) достаточно для общей характеристики орбиты. Но для определения местонахождения (координат) ИСЗ в любой момент времени, возможности прогнозирования времени и продолжительности сеанса связи необходимы данные, обеспечивающие пространственно-временную привязку.
Такими данными, после запуска спутника и уточнения общих элементов (параметров) орбиты, является информация о времени прохождения ИСЗ восходящего узла орбиты Хо и долготе восходящего узла. Располагая такой информацией, можно определить по несложной методике координаты спутника для любого времени и возможность ведения радиосвязи из любого пункта.
Проиллюструем сказанное на примере круговой полярной орбиты Н = 1000 км, Т = 103 мин, i = 90°.
/
За один оборот Земли ИСЗ совершит по орбите около 14 оборотов, проходя за каждый оборот над Северным и Южным полюсами и дважды пересекая экватор (один раз в восточном и второй раз в западном полушариях). При одновременном движении спутника по орбите и вращении Земли долгота восходящего узла орбиты за каждый виток ИСЗ будет смещаться к западу по экватору на ДХ0 = 360°/14 = 25,7° (примерно на 3000 км). В то же время орбита каждый раз будет проходить через полюса. Это позволяет работать в приполярных областях на каждом обороте спутника, т. е. в течение суток иметь 14 сеансов связи. Дальность и длительность этих сеансов будут находиться в зависимости от местоположения наземной радиостанции.
При расположении радиостанции в непосредственной близости от полюсов каждый сеанс может обеспечить предельное расстояние связи (до 7000 км) и предельную продолжительность. По мере удаления местоположения корреспондентов от полюсов к экватору число сеансов и длительность связи начнут уменьшаться, так как ряд орбит выйдет за пределы радиовидимости. На экваторе, где расстояние между орбитами является предельным и при угле между орбитами ДХ0 ~ 25° составляет
примерно 3000 км, радиосвязь будет возможна в пределах двух-трех орбит восходящих (в течение первых полусуток) и двух-трех нисходящих (в течение вторых полу суток).
Продолжительность сеансов связи зависит от того, насколько близко проходит орбита к зениту местоположения пункта связи.
Орбиты ИСЗ и их положение в пространстве с течением времени отклоняются от первоначальных под влиянием ряда факторов.
Так, при относительно низких орбитах на спутник основное влияние оказывает недостаточная разреженность атмосферы. В результате торможения в атмосфере спутник с каждым оборотом теряет высоту, снижается, входит в плотные слои атмосферы и сгорает. При Н > 800 км можно считать, что влияние этого фактора на первоначальные параметры орбиты спутника исключительно мало.
При высоте Н = 600 км и более существенным фактором, влияющим на положение орбиты в пространстве, является возмущение земного тяготения, связанное с отклонением формы Земли от сферической. Спутник дважды за виток, пересекая экватор, испытывает гравитационное возмущение, в результате которого происходит некоторое смещение орбиты в пространстве, прецессия орбиты вокруг земной оси. Величина прецессии тем меньше, чем ближе орбита к полярной. При i = 90° (орбита под прямым углом пересекает экватор) прецессия отсутствует.
Существуют и другие факторы, которые оказывают возмущающее влияние на орбиту: силы притяжения Солнца, Луны и других планет, аэродинамические и электромагнитные силы, световое давление и т. д.
И еще один момент играет важную роль для устойчивой радиосвязи. Дело в том, что практически на всех спутниках радиоаппаратура питается от аккумуляторных батарей, подзаряжаемых солнечными батареями. Естественно, что подзарядка аккумуляторов происходит только при достаточном и продолжительном освещении солнечным светом всей поверхности солнечной батареи.
О расчете элементов орбит
Выполнить точный расчет всех элементов орбит ИСЗ поможет вам разработанная мною программа ORBITA_2, которую можно взять в Интернете по адресу: http://users.kaluga.ru/ra3xb/.
В отличие от большинства программ, имеющихся в Интернете, которые выполняют расчет только основных параметров, эта программа позволяет еще определить состояние освещенности спутника солнечным светом и оценить возможность проведения связи при использовании имеющейся у вас аппаратуры.
Состояние освещенности определяется при выполнении прогноз-расчета (в меню следует выбрать пункт Р). В выполненном тексте прогноз-расчета предпоследний столбец, озаглавленный Солн, содержит сведения об освещенности спутника солнечным светом для каждого из расчетных времен:
• ОСВ — абсолютное освещение всего спутника;
• осч — частичное освещение спутника;
• НЕТ — спутник находится в абсолютной тени;
• ЧАС — частичное затемнение спутника.
Оценить возможность приема информации от спутника с использованием вашей аппаратуры позволяют данные, расположенные в столбце Угол текста прогноз- расчета. Чтобы выполнить эту задачу, я ввел в инициа-лизационный файл программы оптимальные (на мой взгляд) параметры приемного устройства и вашей антенны. Программа анализирует эти введенные данные, а также полученные расчетом данные об удалении спутника от вашей станции и расположение спутника по отношению к горизонту (угол места). После этого она выдает величину угла диаграммы направленности антенны, которая способна обеспечить устойчивый прием для данного варианта. Если просмотреть полученные расчетные данные, то видно, что для приема информации со спутника, пролетающего над головой, достаточный угол переднего лепестка диаграммы направленности антенны будет порядка 70°, а для работы со спутником, имеющим эллиптическую орбиту, необходима антенна с углом переднего лепестка порядка 10°.
Разумеется, параметры вашего приемника и вашей антенны не будут полностью соответствовать установленным автором параметрам. Поэтому, чтобы эффективно пользоваться этими расчетными данными, введите в инициализационный файл фактические данные вашей аппаратуры и антенны.
Подготовка к работе с ИСЗ
Работа с МКС
В настоящее время все больше радиолюбителей начинают интересоваться проведением связей с МКС (Международной Космической Станцией). В файле с кеплеровскими данными МКС может иметь название либо ISS, либо ARISS, либо ISS (2АКУД). Под словом ZARYA подразумевается русское слово «Заря» — название огромного жилого модуля, находящегося в составе МКС. Этот модуль был изготовлен в нашей стране, и в нем размещаются российские космонавты. Здесь же находится и радиолюбительская аппаратура. Это самый большой модуль в составе станции, и забро
сить его на орбиту могла только российская ракета. Поэтому процесс подготовки к работе со спутником рассмотрим именно на примере работы с МКС.
Для начала скачиваем файл с кеплеровскими данными и проводим прогноз-расчет предстоящих орбит на 2-3 ближайших дня. Расчет проводим с помощью программы Tracsat.4.0. Результаты расчета приведены в листинге 1.
У этой программы имеется одно замечательное качество — она выдает координаты точек на Земле, над которыми в этот момент находится спутник, как говорят, «координаты подспутниковых точек». По координатам этих точек на рис. 4.2 с изображением северного полушария Земли построим кривые линии, которые будут представлять собой проекции на Землю определенных орбит.
Листинг 1. Файл tracsatOOl.txt
................. <SX -Z-W.- W: ♦ У* <: й Ч Й ЙЙЧW•>' Ч Ч« < - к ♦' - ?
Local Date/Time Run: Thu Feb 20 09:13:16 2003 // дата расчета
Element File: keps.tle // название файла с данными
Tracking Station: Ludinowo,Russia // станция слежения
Visibility Mode: Line of Sight // данные только видимых
орбит
Satellite: ISS (ZARYA) // название спутника
Local
Date Time Elev Azim Range Lat Long Alt Dopp Dopp Phz
MM/DD/YY HH:MM:SS - Rev # 24276 - Deg Deg Km Deg Deg // это номер орбиты, дадим этой Km орбите Up № 1 Down 256
02/20/03 08:53:00 1.5 147.4 2145 37.5 46.7 403 -412 -2044 133
02/20/03 08:54:00 2.3 135.5 2065 39.9 50.4 403 -452 -2240 136
02/20/03 08:55:00 2.2 123.2 2070 42.1 54.4 404 -489 -2427 139
02/20/03 08:56:00 - Rev # 24277 - 1.4 111.5 // орбита № 2160 2 44.2 58.7 404 -525 -2603 142
02/20/03 10:25:00 0.7 211.2 2220 36.7 22.1 403 -151 -750 132
02/20/03 10:26:00 4.5 205.1 1858 39.1 25.7 403 -190 -941 135
02/20/03 10:27:00 8.8 196.1 1526 41.4 29.6 404 -227 -1128 138
02/20/03 10:28:00 13.5 182.2 1253 43.5 33.7 404 -264 -1311 140
02/20/03 10:29:00 17.4 161.7 1085 45.4 38.2 404 -300 -1489 143
02/20/03 10:30:00 17.7 136.9 1074 47.2 43.0 404 -335 -1660 146
02/20/03 10:31:00 14.2 115.5 1223 48.7 48.1 404 -368 -1825 149
02/20/03 10:32:00 9.5 100.7 1486 49.9 53.5 404 -400 -1982 152
02/20/03 10:33:00 5.1 91.2 1811 50.8 59.1 404 -430 -2131 154
02/20/03 10:34:00 - Rev # 24278 - 1.3 84.8 // орбита № 3 2171 51.5 65.0 404 -458 -2271 157
02/20/03 12:01:00 3.9 245.1 1913 44.8 13.2 404 -1 -7 142
02/20/03 12:02:00 9.1 241.9 1510 46.6 17.9 404 -33 -163 145
02/20/03 12:03:0'0 16.5 236.2 1121 48.2 22.9 404 -64 -318 148
02/20/03 12:04:00 28.6 223.4 774 49.5 28.2 404 -95 -473 150
02/20/03 12:05:00 45.0 185.6 555 50.6 33.8 404 -126 -626 153
02/20/03 12:06:00 38.4 126.4 622 51.3 39.6 404 -157 -777 156
02/20/03 12:07:00 22.6 103.0 913 51.7 45.5 404 -186 -924 159
02/20/03 12:08:00 12.9 94.2 1283 51.8 51.6 403 -215 -1069 162
02/20/03 12:09:00 6.7 89.9 1680 51.5 57.5 403 -244 -1209 164
02/20/03 12:10:00 2.0 87.4 2087 51.0 63.4 402 -271 -1345 167
- Rev # 24279 -02/20/03 13:37:00 // орбита № 4.1 267.7 4 1901 50.2 8.5 404 184 913 152
02/20/03 13:38:00 9.3 265.4 1493 51.1 14.2 404 157 781 155
02/20/03 13:39:00 17.1 261.1 1097 51.6 20.1 404 130 646 158
02/20/03 13:40:00 30.5 250.8 737 51.8 26.1 404 102 506 160
02/20/03 13:41:00 52.5 212.0 499 51.7 32.1 403 74 365 163
02/20/03 13:42:00 43.2 137.9 570 51.2 38.0 403 44 220 166
02/20/03 13:43:00 23.9 116.7 876 50.4 43.8 402 15 74 169
02/20/03 13:44:00 13.4 109.8 1256 49.3 49.3 401 -15 -73 171
02/20/03 13:45:00 6.8 106.6 1658 48.0 54.6 400 -45 -221 174
02/20/03 13:46:00 2.1 104.7 2069 46.3 59.5 400 -74 -369 177
- Rev # 24280 -02/20/03 15:13:00 // орбита № 3.4 274.0 5 1960 51.7 6.7 403 363 1801 162
02/20/03 15:14:00 8.0 268.1 1582 51.4 12.6 403 338 1677 165
02/20/03 15:15:00 13.8 258.4 1235 50.7 18.5 402 311 1544 168
02/20/03 15:16:00 21.0 240.8 956 49.7 24.1 401 283 1404 170
02/20/03 15:17:00 26.1 211.3 819 48.4 29.4 401 253 1257 173
02/20/03 15:18:00 23.1 178.9 893 46.9 34.5 400 223 1104 176
02/20/03 15:19:00 15.8 157.9 1137 45.1 39.2 399 190 945 179
02/20/03 15:20:00 9.5 146.3 1468 43.2 43.6 398 157 780 181
02/20/03 15:21:00 4.5 139.5 1839 41.0 47.8 397 123 611 184
02/20/03 15:22:00 0.5 135.1 2228 38.7 51.6 396 88 437 187
- Rev # 24281 -02/20/03 16:49:00 // орбита 0.5 267.4 № 6 2240 48.9 4.2 401 496 2462 172
02/20/03 16:50:00 3.0 257.9 1982 47.4 9.4 400 470 2332 175
02/20/03 16:51:00 5.2 245.9 1788 45.7 14.2 399 442 2190 178
02/20/03 16:52:00 6.5 231.7 1682 43.8 18.8 398 411 2039 180
02/20/03 16:53:00 6.4 216.5 1681 41.7 23.0 397 379 1878 183
02/20/03 16:54:00 5.1 202.2 1785 39.5 26.9 396 344 1708 186
02/20/03 16:55:00 2.9 190.2 1978 37.1 30.6 395 308 1529 189
02/20/03 16:56:00 0.4 180.8 2236 34.6 34.0 394 270 1342 191
- Rev # 24292 -02/21/03 09:30:00 // орбита № 7 2.8 190.8 2005 36.9 30.3 403 -242 -1203 130
02/21/03 09:31:00 6.2 181.0 1715 39.3 34.0 403 -282 -1400 132
02/21/03 09:32:00 9.3 167.6 1491 41.5 37.9 404 -321 -1592 135
02/21/03 09:33:00 11.4 150.4 1367 43.7 42.0 404 -358 -1777 138
02/21/03 09:34:00 11.3 131.5 1371 45.6 46.5 404 -394 -1954 141
02/21/03 09:35:00 9.2 114.4 1503 47.3 51.3 404 -428 -2124 143
02/21/03 09:36:00 6.0 101.2 1733 48.8 56.5 404 -461 -2285 146
02/21/03 09:37:00 2.7 91.7 2027 50.0 61.9 404 -491 -2436 149
- Rev # 24293 -02/21/03 11:04:00 // орбита № 0.6 236.1 8 2239 40.8 13.1 403 -35 -175 134
02/21/03 11:05:00 4.7 233.0 1837 43.0 17.2 404 -69 -343 137
02/21/03 11:06:00 10.1 228.0 1447 45.0 21.6 404 -103 -510 140
02/21/03 11:07:00 17.5 219.0 1083 46.8 26.3 404 -136 -674 142
02/21/03 11:08:00 28.0 200.0 785 48.3 31.3 404 -169 -837 145
02/21/03 11:09:00 35.8 160.5 655 49.6 36.6 404 -201 -996 148
02/21/03 11:10:00 28.2 120.6 781 50.6 42.2 404 -232 -1151 151
02/21/03 11:11:00 17.6 101.3 1077 51.3 48.0 404 -262 -1302 153
02/21/03 11:12:00 10.2 92.2 1441 51.7 '54.0 404 -292 '-1447 156
02/21/03 11:13:00 4.8 87.2 1831 51.8 60.0 404 -320 -1587 159
02/21/03 11:14:00 0.7 84.1 2233 51.5 66.0 403 -347 -1720 162
На рис. 4.2 показаны траектории орбит МКС, доступные в течение одних суток. Все данные для построения траекторий взяты из tracsatOOl.txt. Возле точки начала траектории стоит цифра, обозначающая номер орбиты, в конечной точке этой траектории стоит та же цифра, помеченная символом «’». Например, в начале траектории орбиты № 2 стоит цифра 2, а в конечной точке траектории стоит 2’.
Буквой А помечена точка с координатами станции слежения — местонахождение моей радиостанции. Очерченная вокруг область представляет собой зону радиовидимости МКС со станции слежения.
Анализируя полученное изображение, видим, что сектор, в пределах которого может находиться МКС, составляет приблизительно 180°. Учиты-
вая слишком слабые сигналы на концах траекторий, можно с уверенностью считать реальным углом сектора величину 120-130°.
В листинге 1 видно, что наибольшая величина угла возвышения МКС над горизонтом (элевация) составляет чуть больше 40°, но большую часть времени угол возвышения МКС составляет 8-15°. Это значит, что ширина вертикального лепестка диаграммы направленности антенны должна быть примерно 15-20°. При этом ширина лепестка в горизонтальной плоскости может быть достаточно большой. Для этого варианта желательно применение, как минимум, трехэтажной антенны типа волновой канал, по три элемента в каждом этаже. Такая антенна может поворачиваться только в горизонтальной плоскости и только в секторе примерно 90-100°, т. е. на 45-50° в ту и другую сторону от северного направления. В крайнем случае, можно использовать такую антенну, ориентированной точно на юг, без поворотного устройства. Конструкцию подобной антенны можно найти в [6] или [7]. Настройка одиночной трех- или четырехэлементной антенны описана в гл. 6.
Жителям более северных широт, чем широта моего города, придется применять антенну с еще более узким лепестком в вертикальной плоскости. Только не советую применять многодиректорные антенны с длинной траверсой. Для южных районов нашей страны, по моему мнению, самой удобной антенной может быть зигзагообразная антенна К. П. Харченко с рефлектором в виде сетки. У зигзагообразных антенн, сделанных по методу Харченко, есть очень хорошая особенность — эти антенны отлично согласуются с телевизионным (75 Ом) кабелем. А это очень важный фактор при работе со слабыми сигналами.
Работа с RS-20
Теперь аналогичным образом проведем краткий анализ возможностей работы со спутником, расположенным на более высокой орбите. Для примера я выбрал RS-20, который является типичным представителем спутников отечественного производства и, следовательно, оснащен более мощным передатчиком маяка, а потому может легко контролироваться даже с довольно простой аппаратурой.
Проведем расчет элементов орбит этого спутника и сделаем карту траекторий, которая приведена на рис. 4.3.
Листинг 2. Файл tracsaibdS.ixT
Local Date/Time Run: Wed Mar 19 12:11:45 2003
Element File: Tracking Station: Mode:
Satellite: Local
tracsat002.txt
Ludinowo,RussiaVisibility
Line of Sight MOZHAYETS (RS-20)
Date Time Elev Azim Range Lat Long Alt Dopp Dopp Phz
MM/DD/YY - Rev # HH:MM:SS 1619 - Deg / Deg Km ' / орбита № 1 Deg Deg Km Up Down 256
03/19/03 20:53:00 0.1 42.3 3055 66.4 80.8 696 589 2923 15
03/19/03 20:54:00 1.7 50.3 2878 63.0 77.7 696 577 2862 18
03/19/03 20:55:00 3.0 59.1 2749 59.5 75.2 696 562 2789 20
03/19/03 20:56:00 3.7 68.6 2676 56.0 73.1 696 545 2704 23
03/19/03 20:57:00 3.9 78.5 2664 52.4 71.4 697 526 2608 25
03/19/03 20:58:00 3.4 88.2 2714 48.9 69.8 697 504 2501 28
03/19/03 20:59:00 2.3 97.3 2823 45.3 68.4 698 480 2383 31
03/19/03 - Rev # 21:00:00 1620 - 0.8 105.6 2984 // орбита № 41.7 2 67.2 698 454 2254 33
03/19/03 22:30:00 2.2 22.3 2822 73.4 66.1 695 669 3321 10
03/19/03 22:31:00 6.3 26.0 2442 70.1 60.5 695 657 3262 12
03/19/03 22:32:00 11.0 31.1 2075 66.7 56.4 696 643 3189 15
03/19/03 22:33:00 16.7 38.4 1733 63.3 53.2 696 626 3104 18
03/19/03 22:34:00 23.5 49.6 1435 59.8 50.6 696 606 3006 20
03/19/03 22:35:00 30.6 67.5 1215 56.3 48.5 696 584 2896 23
03/19/03 22:36:00 34.5 93.4 1123 52.8 46.7 697 559 2774 25
03/19/03 22:37:00 31.7 120.2 1189 49.2 45.2 697 532 2641 28
03/19/03 22:38:00 24.9 139.6 1390 45.6 43.8 698 503 2496 30
03/19/03 22:39:00 17.9 151.9 1677 42.0 42.5 698 472 2340 33
03/19/03 22:40:00 12.0 159.7 2014 38.4 41.4 699 438 2174 36
03/19/03 22:41:00 7.1 165.1 2379 34.8 40.3 700 403 1998 38
03/19/03 - Rev # 22:42:00 1621 - 3.0 /! 168.9 2758 ' орбита № 3 31.2 39.3 701 365 1813 41
03/20/03 00:08:00 2.1 9.1 2831 76.6 50.1 695 629 3120 7
03/20/03 00:09:00 6.3 6.2 2437 73.6 41.9 695 617 3060 10
03/20/03 00:10:00 11.3 2.2 2056 70.4 36.1 695 602 2987 12
03/20/03 00:11:00 17.4 355.9 1696 67.0 31.9 696 585 2902 15
03/20/03 00:12:00 25.1 345.7 1378 63.6 28.7 696 566 2806 17
03/20/03 00:13:00 33.8 327.8 1138 60.1 26.1 696 544 2698 20
03/20/03 00:14:00 39.0 299.1 1034 56.6 23.9 696 520 2580 23
03/20/03 00:15:00 35.4 268.7 1104 53.1 22.1 697 494 2451 25
03/20/03 00:16:00 26.9 248.5 1322 49.5 20.5 697 466 2312 28
03/20/03 00:17:00 18.9 237.0 1628 45.9 19.1 698 436 2164 30
03/20/03 00:18:00 12.5 230.1 1981 42.3 17.9 698 404 2007 33
03/20/03 00:19:00 7.3 225.6 2359 38.7 16.7 699 371 1841 36
03/20/03 - Rev # 00:20:00 1622 - 3.0 222.4 2749 // орбита № 35.1 4 15.6 700 336 1667 38
03/20/03 01:47:00 2.5 355.4 2796 76.9 26.2 695 467 2319 7
03/20/03 01:48:00 4.9 347.3 2564 73.9 17.7 695 454 2252 10
03/20/03 01:49:00 6.9 337.7 2387 70.7 11.8 695 439 2176 12
03/20/03 01:50:00 8.3 326.8 2278 67.3 7.5 696 422 2092 15
03/20/03 01:51:00 8.7 315.2 2247 63.9 4.1 696 403 1999 17
03/20/03 01:52:00 8.0 303.6 2299 60.4 1.5 696 383 1899 20
03/20/03 01:53:00 6.5 293.0 2426 56.9 -0.7 696 361 1791 23
03/20/03 01:54:00 4.3 283.8 2619 53.4 -2.5 697 338 1676 25
03/20/03 01:55:00 1.9 276.0 2862 49.8 -4.1 697 313 1555 28
- Rev # 1625 - // орбита №
03/20/03 06:34:00 0.2 53.3 3038
03/20/03 06:35:00 1.4 44.9 2906
03/20/03 06:36:00 2.1 35.9 2832
03/20/03 06:37:00 2.2 26.7 2822
03/20/03 06:38:00 1.7 17.6 2875
03/20/03 - Rev # 06:39:00 1626 - 0.6 9.0 2989 // орбита №
03/20/03 08:07:00 0.2 109.8 3037
03/20/03 08:08:00 3.5 104.5 2701
03/20/03 08:09:00 6.8 97.6 2393
03/20/03 08:10:00 10.3 88.7 2126
03/20/03 08:11:00 13.4 77.3 1919
03/20/03 08:12:00 15.6 63.4 1793
03/20/03 08:13:00 16.0 48.2 1767
03/20/03 08:14:00 14.6 33.4 1846
03/20/03 08:15:00 11.8 20.8 2017
03/20/03 08:16:00 8.5 10.8 2258
03/20/03 08:17:00 5.0 3.1 2549
03/20/03 08:18:00 1.7 357.2 2874
- Rev # 1627 - // орбита № 7
03/20/03 09:44:00 3.6 159.1 2687
03/20/03 09:45:00 8.3 158.7 2277
03/20/03 09:46:00 14.2 158.1 1874
03/20/03 09:47:00 22.2 157.1 1483
03/20/03 09:48:00 34.5 154.8 1122
03/20/03 09:49:00 54.9 148.0 830
03/20/03 09:50:00 80.4 74.4 704
03/20/03 09:51:00 55.6 357.2 823
03/20/03 09:52:00 34.9 350.2 1112
03/20/03 09:53:00 22.5 348.0 1472
03/20/03 09:54:00 14.3 346.9 1862
03/20/03 09:55:00 8.4 346.4 2266
03/20/03 09:56:00 3.7 346.1 2675
— Rev # 1628 -- /, / орбита № 8
03/20/03 11:23:00 1.5 213.2 2905
03/20/03 11:24:00 4.7 219.1 2581
03/20/03 11:25:00 8.2 226.7 2286
03/20/03 11:26:00 11.6 236.4 2035
03/20/03 11:27:00 14.6 248.6 1846
03/20/03 11:28:00 16.6 263.3 1740
03/20/03 11:29:00 16.7 279.1 1734
03/20/03 11:30:00 14.9 294.0 1827
03/20/03 11:31:00 12.0 306.6 2007
03/20/03 11:32:00 8.6 316.6 2250
03/20/03 11:33:00 5.1 324.4 2539
03/20/03 11:34:00 1.9 330.5 2859
- Rev # 1634 - // < эрбита № 9
03/20/03 21:38:00 1.2 31.1 2928
61
65
68
71
75
77
40
43
47
50
54
57
61
64
68
71
74
77
32
36
39
43
47
50
54
57
61
64
68
71
74
32
35
39
43
46
50
53
57
60
64
67
71
70
7 80.8 695 -266 -1320 237
2 77.9 695 -285 -1414 240
6 74.3 695 -303 -1504 242
9 69.5 695 -320 -1587 245
1 62.7 695 -336 -1665 247
9 52.8 695 -350 -1736 250
1 66.1 697 -324 -1607 221
7 64.9 696 -358 -1775 224
3 63.6 696 -390 -1937 226
8 62.2 695 -422 -2093 229
4 60.5 695 -452 -2241 232
9 58.6 695 -480 -2381 234
4 56.3 695 -506 -2511 237
9 53.4 695 -531 -2632 239
3 49.9 695 -553 -2742 242
6 45.2 695 -573 -2842 245
8 38.6 695 -590 -2929 247
7 29.0 695 -606 -3004 250
6 43.6 698 -368 -1825 216
2 42.5 697 -410 -2034 219
8 41.4 697 -451 -2236 221
4 40.3 696 -490 -2429 224
0 39.0 696 -527 -2614 226
5 37.5 695 -562 -2788 229
1 35.9 695 -595 -2952 232
6 34.0 695 -626 -3104 234
1 31.7 695 -654 -3243 237
6 28.9 695 -679 -3368 239
0 25.4 695 -701 -3480 242
4 20.8 695 -721 -3576 245
5 14.5 695 -737 -3657 247
3 18.9 698 -412 -2042 216
9 17.9 697 -452 -2243 219
5 16.8 697 -491 -2435 221
1 15.6 696 -528 -2617 224
7 14.3 696 -562 -2789 226
2 12.9 695 -594 -2949 229
8 11.2 695 -624 -3097 232
3 9.4 695 -651 -3232 234
8 7.1 695 -676 -3352 237
3 4.4 694 -697 -3458 239
7 1.0 694 -715 -3549 242
1 -3.5 695 -731 -3625 244
7 74.6 696 643 3190 14
03/20/03 21:39:00 4.2 37.6 2630 67.4 70.3 696 631 3131 16
03/20/03 21:40:00 7.2 45.6 2365 64.0 66.9 696 617 3060 19
03/20/03 21:41:00 10.б 55.6 2149 60.5 64.3 697 600 2977 22
03/20/03 21:42:00 12.2 67.5 1996 57.0 62.1 697 581 2881 24
03/20/03 21:43:00 13.4 81.0 1924 53.4 60.3 698 559 2774 27
03/20/03 21:44:00 13.1 95.0 1942 49.9 58.7 698 535 2654 29
03/20/03 21:45:00 11.5 108.0 2048 46.3 57.2 699 509 2524 32
03/20/03 21:46:00 9.0 119.2 2228 42.7 56.0 699 480 2382 34
03/20/03 21:47:00 6.1 128.3 2466 39.1 54.8 700 449 2229 37
03/20/03 21:48:00 3.1 135.7 2746 35.5 53.7 701 417 2067 40
03/20/03 21:49:00 0.1 141.6 3057 31.9 52.7 702 382 1895 42
Рассмотрим внимательно карту траекторий. Сразу можно сказать, что орбиты № 1, № 5 и № 6 никакого интереса не представляют. Дело в том, что, как показал многолетний опыт наблюдения за работой спутников типа RS, эти орбиты проходят через восточные районы страны, где любителей спутниковой связи мало.
Орбиты № 2, № 3 и № 7 достаточно интересны для местных связей и для связи с отдаленными станциями, которые заинтересованы в работе со станциями вашего региона. Для работы на этих орбитах нужны антенны, которые снабжены устройствами ориентации на спутник. В крайнем случае, для работы с мощными станциями из вашего же региона зачас-
Рис. 4.3. Карта траекторий орбит спутника RS-20
тую достаточно вертикальной антенны в виде нескольких коллинеарных вибраторов. Схемы некоторых таких антенн приведены в гл. 6. Там они используются в качестве облучателей для антенны с параболоцилиндрическим зеркальным рефлектором.
Орбиты №4, №8 и другие аналогичные могут предоставить много интересных связей. Дело в том, что эти орбиты проходят через западные регионы и страны, в которых много любителей спутниковой связи. Если у вас нет возможности заиметь антенну со следящим устройством, то можно установить многоэтажную антенну, например три трехэлементных волновых канала друг над другом, и направить эту антенну на северо-запад (ближе к северному направлению). В таком случае вы сможете работать с западными станциями через спутники на удаленных орбитах.
Работа с АО-40
На сегодняшний день этот спутник является самым сложным и самым интересным для радиолюбителей. В аппаратуре этого спутника испытываются самые современные радиолюбительские конструкции, исследуются процессы управления радиоаппаратурой и направленностью антенн и многое другое. С самого начала «начинку» АО-40 преследуют неудачи. Работоспособность некоторой части аппаратуры восстановить пока так и не удалось.
Можно считать, что спутник пока находится в наладочном режиме. Группа управления спутником постоянно экспериментирует, включает в работу то один, то другой режимы. По поводу этих экспериментов в любительской пакетной сети (раздел SAT/AMSAT) постоянно появляются различные сообщения, в которых группа управления сообщает о введенных изменениях, а радиолюбители пишут о результатах своих наблюдений. О том, как получить через Интернет доступ к этой информации, вы уже прочитали в гл. 2.
Ниже приведен листинг 3 с файлом, содержащим результаты прогноз-расчета элементов орбит АО-40 на четыре дня.
Листинг 3. Файл tracsat003.txt
Local Date/Time Run: Thu Mar 20 10:14:26 2003
Element ] File: tracsat003.txt
Tracking Station: Visibility Mode: Satellite: Local Date Time Ludinowo Line of AO-40 Elev Azim ,Russia Sight Range Lat Long Alt Dopp Dopp Phz
MM/DD/YY HH:MM:SS Deg Deg Km Deg Deg Km Up Down 256
03/20/03 09:40:00 0.3 106.6 - Re^/ 61366 - r # •4.6 1095 - 107.2 55353 -111 -549 93
03/20/03 10:00:00 2.6 109.6 61928 -4.5 103.5 56166 -105 -523 97
03/20/03 10:20:00 4.8 112.7 62379 -4.3 99.8 56863 -101 -502 102
03/20/03 10:40:00 7.1 115.8 62721 -4.2 96.0 57448 -98 -488 106
03/20/03 11:00:00 9.2 119.1 62959 -4.0 92.2 57921 -96 -478 111
03/20/03 11:20:00 11.4 122.4 63094 -3.9 88.4 58284 -95 -473 115
03/20/03 11:40:00 13.4 125.8 63130 -3.7 84.6 58538 -95 -472 120
03/20/03 12:00:00 15.4 129.3 63068 -3.6 80.7 58685 -96 -475 124
03/20/03 12:20:00 17.3 132.9 62910 -3.4 76.9 58723 -97 -482 129
03/20/03 12:40:00 19.1 136.7 62656 -3.3 73.1 58654 -99 -491 133
03/20/03 13:00:00 20.8 140.5 62309 -3.1 69.2 58478 -101 -503 138
03/20/03 13:20:00 22.3 144.4 61867 -3.0 65.4 58193 -104 -517 142
03/20/03 13:40:00 23.8 148.4 61332 -2.8 61.6 57799 -107 -532 146
03/20/03 14:00:00 25.0 152.5 60701 -2.6 57.8 57294 -110 -548 151
03/20/03 14:20:00 26.2 156.7 59976 -2.5 54.0 56678 -114 -564 155
03/20/03 14:40:00 27.1 161.0 59153 -2.3 50.3 55948 -117 -580 160
03/20/03 15:00:00 27.9 165.3 58230 -2.1 46.6 55102 -120 -595 164
03/20/03 15:20:00 28.5 169.6 57205 -1.9 42.9 54138 -123 -610 169
03/20/03 15:40:00 28.9 174.0 56075 -1.7 39.3 53051 -126 -624 173
03/20/03 16:00:00 29.1 .178.3 54834 -1.5 35.7 51838 -128 -636 178
03/20/03 16:20:00 29.2 182.6 53478 -1.3 32.2 50495 -130 -647 182
03/20/03 16:40:00 29.1 186.7 52001 -1.1 28.8 49016 -132 -657 187
03/20/03 17:00:00 28.9 190.8 50396 -0.9 25.4 47396 -134 -665 191
03/20/03 17:20:00 28.5 194.8 48653 -0.6 22.2 45626 -135 -671 196
03/20/03 17:40:00 27.9 198.5 46763 -0.3 19.1 43698 -136 -677 200
03/20/03 18:00:00 27.3 202.1 44713 -0.0 16.1 41603 -137 -681 205
— Rev # 1096 -
03/20/03 18:20:00 26.6 205.4 42488 0.3 13.4 39328 -138 -685 209
03/20/03 18:40:00 25.8 208.4 40071 0.6 10.9 36858 -139 -691 213
03/20/03 19:00:00 25.0 211.0 37441 1.0 8.7 34177 -141 -699 218
03/20/03 19:20:00 24.2 213.2 34569 1.5 7.0 31261 -144 -714 222
03/20/03 19:40:00 23.4 214.7 31422 2.0 5.8 28083 -149 -739 227
03/20/03 20:00:00 22.7 215.4 27956 2.7 5.4 24610 -158 -785 231
03/20/03 20:20:00 22.1 214.7 24115 3.5 6.3 20796 -175 -869 236
03/20/03 20:40:00 21.6 211.6 19831 4.5 9.3 16588 -207 -1026 240
03/20/03 21:00:00 20.7 203.7 15046 5.8 16.2 11930 -271 -1345 245
03/20/03 21:20:00 15.9 183.2 9958 7.4 31.9 6846 -419 -2077 249
03/21/03 11:00:00 1.1 102.9 58151 -1.6 109.6 52248 -180 -892 176
03/21/03 11:20:00 3.2 105.7 56615 -1.4 106.0 50948 -190 -944 181
03/21/03 11:40:00 5.2 108.5 54953 -1.1 102.6 49514 -202 -1001 185
03/21/03 12:00:00 7.1 111.2 53161 -0.9 99.2 47941 -215 -1064 190
03/21/03 12:20:00 8.9 113.9 51233 -0.7 95.9 46220 -228 -1133 194
03/21/03 12:40:00 10.5 116.5 49163 -0.4 92.8 44345 -244 -1208 199
03/21/03 13:00:00 12.1 119.1 46942 -0.1 89.8 42306 -260 -1290 203
- Rev # 1097 -
03/21/03 13:20:00 13.5 121.5 44561 0.2 87.0 40091 -278 -1379 208
03/21/03 13:40:00 14.7 123.7 42008 0.6 84.4 37687 -298 -1477 212
03/21/03 14:00:00 15.7 125.7 39269 0.9 82.1 35076 -320 •" -1586 216
03/21/03 14:20:00 16.4 127.3 36328 1.4 80.2 32240 -344 -1708 221
03/21/03 14:40:00 16.7 128.4 33165 1.9 78.8 29151 -373 -1848 225
03/21/03 15:00:00 16.4 128.8 29759 2.5 78.2 25779 -406 -2013 230
03/21/03 15:20:00 15.4 128.0 26091 3.2 78.6 22081 -446 -2215 234
03/21/03 15:40:00 12.9 125.3 22157 4.1 80.7 18008 -498 -2470 239
03/21/03 16:00:00 7.5 119.6 18013 5.3 86.0 13502 -566 -2810 243
- Rev # 1098 -
03/22/03 13:00:00 2.5 218.1 18429 -8.1 -1.2 13390 478 2372 13
03/22/03 13:20:00 8.2 212.6 22532 -8.0 4.3 17908 405 2007 17
03/22/03 13:40:00 11.5 210.3 26393 -7.8 6.6 21990 353 1751 22
03/22/03 14:00:00 13.4 209.8 29974 -7.5 7.2 25696 314 1557 26
03/22/03 14:20:00 14.7 210.5 33288 -7.2 • 6.6 29075 283 1403 30
03/22/03 14:40:00 15.3 211.9 36358 -7.0 5.3 32170 257 1275 35
03/22/03 15:00:00 15.6 213.9 39206 -6.7 3.4 35013 235 1165 39
03/22/03 15:20:00 15.6 216.3 41854 -6.5 1.2 37628 215 1068 44
03/22/03 15:40:00 15.2 219.0 44318 -6.3 -1.4 40037 198 982 48
03/22/03 16:00:00 14.7 221.8 46614 -6.1 -4.2 42256 182 904 53
03/22/03 16:20:00 13.9 224.8 48752 -5.9 -7.1 44299 168 833 57
03/22/03 16:40:00 13.0 227.9 50744 -5.7 -10.3 46178 155 768 62
03/22/03 17:00:00 11.9 231.0 52597 -5.5 -13.5 47902 143 709 66
03/22/03 17:20:00 10.6 234.2 54320 -5.4 -16.9 49479 132 654 71
03/22/03 17:40:00 9.2 237.4 55917 -5.2 -20.3 50916 122 604 75
03/22/03 18:00:00 7.7 240.6 57393 -5.0 -23.8 52219 113 559 80
03/22/03 18:20:00 6.1 243.8 58752 -4.9 -27.4 53393 104 517 84
03/22/03 18:40:00 4.3 247.0 59998 -4.7 -31.1 54442 97 480 89
03/22/03 19:00:00 2.5 250.2 61132 -4.5 -34.7 55371 90 447 93
03/22/03 19:20:00 0.7 253.4 62157 -4.4 -38.4 56181 84 417 97
— Rev # 1099 -
03/23/03 08:00:00 1.2 143.2 16889 -8.1 68.5 11814 104 514 11
03/23/03 08:20:00 2.9 136.2 21626 -8.1 75.7 16484 62 306 16
03/23/03 08:40:00 4.3 133.1 25830 -7.8 78.8 20702 46 229 20
03/23/03 09:00:00 5.9 132.1 29583 -7.6 79.8 24524 42 207 25
03/23/03 09:20:00 7.5 132.2 32959 -7.3 79.6 28005 42 210 29
03/23/03 09:40:00 9.1 133.1 36015 -7.0 78.5 31189 45 224 33
03/23/03 10:00:00 10.8 134.6 38795 -6.8 76.8 34111 49 241 38
03/23/03 10:20:00 12.5 136.5 41333 -6.6 74.7 36798 52 260 42
03/23/03 10:40:00 14.2 138.9 43656 -6.3 72.2 39272 56 276 47
03/23/03 11:00:00 15.8 141.5 45784 -6.1 69.5 41552 59 291 51
03/23/03 11:20:00 17.4 144.3 47737 -5,9 66.6 43651 61 302 56
03/23/03 11:40:00 19.0 147.5 49528 -5.8 63.5 45582 62 310 60
03/23/03 12:00:00 20.4 150.8 51169 -5.6 60.3 47356 63 314 65
03/23/03 12:20:00 21.7 154.3 52672 -5.4 56.9 48980 64 316 69
03/23/03 12:40:00 22.9 158.0 54045 -5.2 53.5 50462 63 315 74
03/23/03 13:00:00 23.9 161.9 55295 -5.0 50.0 51808 63 311 78
03/23/03 13:20:00 24.8 165.9 56429 -4.9 46.5 53024 61 305 83
03/23/03 13:40:00 25.6 170.0 57453 -4.7 42.9 54113 60 297 87
03/23/03 14:00:00 26.1 174.3 58371 -4.6 39.2 55081 58 288 92
03/23/03 14:20:00 26.5 178.6 59187 -4.4 35.5 55930 56 278 96
03/23/03 14:40:00 26.7 183.0 59905 -4.3 31.7 56662 54 268 100
03/23/03 15:00:00 26.7 187.4 60526 -4.1 28.0 57281 52 258 105
03/23/03 15:20:00 26.5 191.9 61054 -4.0 24.2 57788 50 248 109
03/23/03 15:40:00 26.1 196.3 61489 -3.8 20.4 58185 48 239 114
03/23/03 16:00:00 25.6 200.7 61832 -3.7 16.6 58472 47 231 118
03/23/03 16:20:00 24.8 205.0 62085 -3.5 12.7 58651 45 224 123
03/23/03 16:40:00 23.9 209.3 62246 -3.3 8.9 58723 44 218 127
03/23/03 17:00:00 22.8 213.5 62316 -3.2 5.1 58687 43 214 132
03/23/03 17:20:00 21.6 217.6 62294 -3.0 1.2 58543 43 212 136
03/23/03 17:40:00 20.2 221.6 62178 -2.9 -2.6 58291 43 211 141
03/23/03 18:00:00 18.8 225.5 61967 -2.7 -6.4 57931 43 214 145
03/23/03 18:20:00 17.2 229.3 61658 -2.6 -10.2 57460 44 219 150
03/23/03 18:40:00 15.5 233.0 61249 -2.4 -14.0 56878 46 227 154
03/23/03 19:00:00 13.7 236.6 60736 -2.2 -17.7 56183 48 238 159
03/23/03 19:20:00 11.9 240.1 60117 -2.0 -21.5 55373 51 253 163
03/23/03 19:40:00 10.0 243.5 59387 -1.8 -25.1 54445 55 272 167
03/23/03 20:00:00 8.1. 246.8 58541 -1.7 -28.8 53396 59 295 172
03/23/03 20:20:00 6.1 250.0 57574 -1.5 -32.4 52222 65 322 176
03/23/03 20:40:00 4.1 253.1 56479 -1.2 -35.9 50920 71 355 181
03/23/03 21:00:00 2.2 256.1 55251 -1.0 -39.4 49483 79 392 185
03/23/03 21:20:00 0.2 259.0 53880 -0.8 -42.7 47906 88 435 190
— Rev # 1100 -
03/24/03 09:40:00 1.5 107.7 62313 -4.3 105.7 56436 -112 -557 99
03/24/03 10:00:00 3.8 110.7 62718 -4.1 101.9 57091 -108 -537 103
03/24/03 10:20:00 6.1 113.9 63015 -4.0 98.1 57635 -105 -523 108
03/24/03 10:40:00 8.3 117.1 63208 -3.8 94.3 58067 -104 -514 112
03/24/03 11:00:00 10.5 120.4 63298 -3.7 90.5 58390 -103 -510 117
03/24/03 11:20:00 12.6 123.7 63288 -3.5 86.7 58605 -103 -510 121
03/24/03 11:40:00 14.6 127.2 63180 -3.4 82.9 58711 -104 -514 126
03/24/03 12:00:00 16.6 130.8 62976 -3.2 79.0 58710 -105 -522 130
03/24/03 12:20:00 18.4 134.4 62676 -3.1 75.2 58602 -107 -532 135
03/24/03 12:40:00 20.2 138.2 62281 -2.9 71.4 58385 -110 -545 139
03/24/03 13:00:00 21.8 142.1 61791 -2.7 67.6 58060 -113 -559 144
03/24/03 13:20:00 23.3 146.0 61207 -2.6 63.7 57626 -116 -575 148
03/24/03 13:40:00 24.6 150.1 60528 -2.4 60.0 57080 -119 -592 153
03/24/03 14:00:00 25.8 154.2 59752 -2.2 56.2 56423 -123 -609 157
03/24/03 14:20:00 26.9 158.4 58877 -2.1 52.5 55650 -126 -626 162
03/24/03 14:40:00 27.7 162.7 57902 -1.9 48.8 54761 -130 -644 166
03/24/03 15:00:00 28.4 167.0 56823 -1.7 45.1 53752 -133 -660 170
03/24/03 15:20:00 28.9 171.3 55637 -1.5 41.5 52619 -136 -676 175
03/24/03 15:40:00 29.3 175.6 54340 -1.3 38.0 51359 -139 -691 179
03/24/03 16:00:00 29.5 179.8 52925 -1.1 34.5 49967 -142 -704 184
03/24/03 16:20:00 29.5 184.0 51387 -0.8 31.1 48437 -144 -717 188
03/24/03 16:40:00 29.3 188.0 49717 -0.6 27.8 46762 -147 -728 193
03/24/03 17:00:00 29.0 191.9 47908 -0.3 24.6 44935 -149 -738 197
03/24/03 17:20:00 28.6 195.7 45947 -0.0 21.5 42947 -151 -747 202
- Rev # 1101 -
03/24/03 17:40:00 28.0 199.2 43823 0.3 18.7 40787 -152 -756 206
03/24/03 18:00:00 27.4 202.4 41518 0.6 16.0 38443 -154 -766 211
03/24/03 18:20:00 26.7 205.4 39016 1.0 13.6 35897 -157 -779 215
03/24/03 18:40:00 26.0 207.9 36291 1.4 11.6 33132 -160 -796 220
03/24/03 19:00:00 25.2 209.9 33316 1.9 10.0 30123 -166 -821 224
03/24/03 19:20:00 24.5 211.1 30053 2.4 9.1 26841 -174 -862 229
03/24/03 19:40:00 23.9 211.3 26456 3.1 9.1 23248 -187 -930 233
03/24/03 20:00:00 23.3 209.8 22465 4.0 10.7 19296 -211 -1048 237
03/24/03 20:20:00 22.6 205.2 18015 5.0 14.8 14928 -255 -1266 242
03/24/03 20:40:00 20.7 193.8 13101 6.5 24.0 10099 -345 -1711 246
03/24/03 21:00:00 9.5 163.9 8364 8.0 46.1 4950 -556 -2757 251
Рисовать карту траектории спутника не имеет смысла, поскольку под
спутниковая точка постоянно находится или за линией горизонта, или возле самого горизонта.
Начнем рассмотрение листинга с орбиты № 1096 и попробуем проанализировать её. Начало показывает, что в 9:40:00 спутник появляется из-за горизонта на юго-востоке, азимут на точку входа составляет 106,6°. Рассмотрим следующие строки листинга. Видно, что спутник постепенно движется к югу и угол его возвышения над уровнем горизонта увеличивается. Расстояние до спутника также увеличивается, увеличивается и показатель фазы (МА). В перигее МА= 0 (или 256), а в апогее МА = 128. Видим, что апогея спутник достигает чуть позже 12:00 ч. Далее спутник начинает свое движение к Земле, расстояние до спутника уменьшается, величина МА увеличивается. В это же время за счет вращения Земли спутник как бы продолжает двигаться к западу. В то же время спутник перемещается как бы с юга на север. Тот факт, что подспутниковая точка находится в южном полушарии, подтверждает отрицательная величина широты.
В период с 18:00 до 18:20 спутник пересекает экватор (это так называемый восходящий узел) и происходит смена номера орбиты. Величина широты с этого момента становится положительной.
С каждой строкой листинга видно, что спутник ускоряет свое движение навстречу Земле. Почти сразу после 21:20 спутник резко уходит за линию горизонта. Пошел к перигею (МА = 256). Начиная от МА = 248 до МА =10 спутник недосягаем.
Все это время спутник двигался с востока на запад. Азимут менялся от 106 до 215° . Угол возвышения от 13:00 до 20:00 часов менялся незначительно. Это значит, что все это время можно проводить радиосвязи со спутником, используя остронаправленную антенну, которая должна иметь узкий вертикальный лепесток и широкий лепесток горизонтальный. Описание такой антенны приведено в гл. 6. Это антенна с зеркальным параболоцилиндрическим рефлектором - «антенна RA3XB».
Несколько слов о преимуществах этой антенны.
• Коэффициент усиления антенны с зеркальным параболоцилиндрическим рефлектором соизмерим с коэффициентом усиления антенны с рефлектором в виде параболической тарелки. Изготовить удовлетворительную тарелку в домашних условиях исключительно трудно, тогда как
параболоцилиндрический рефлектор моей конструкции изготавливается очень просто.
• Коэффициент усиления этой антенны зависит от геометрических размеров рефлектора. Если вы живете в собственном доме, то ничто не мешает вам создать антенну с огромным коэффициентом усиления за счет больших размеров.
• Антенна не требует большой высоты подвеса. Главное условие — отсутствие посторонних предметов, преграждающих путь радиоволнам к антенне.
• Мною разработана компьютерная программа для расчета параметров этой антенны. Программа находится в Интернете по адресу: http:// гаЗхЬ. narod. ги/.
Единственный недостаток антенны — большая парусность.
Продолжим анализ движения АО-40. Снова над горизонтом спутник появляется только на следующий день в 11:00 часов. За прошедшее время он успел еще раз побывать в апогее и теперь снова несется к Земле со стороны южного полушария. Точку экватора пересекает чуть позже 12:01. Новая орбита имеет номер 1097. Спутник устремляется к перигею и уходит из зоны видимости чуть позже 16:00 час. За этот отрезок времени угол возвышения спутника не превышал 16°. Радиосвязь проводить было можно, но условия были несколько хуже, чем в предыдущий день.
На следующий (третий) день спутник появляется в 13:00 часов и с новым номером орбиты. На этот раз он еще совсем недалеко ушел от точки перигея и мчится к апогею, но в результате суточного вращения Земли длительность его пребывания в зоне видимости в этот день будет не слишком долгой. В 19:20 (чуть позже) спутник уходит за горизонт.
На четвертый день спутник появляется также после недавнего прохождения точки перигея. Но на этот раз его пребывание в зоне радиовидимости будет длительным, и угол возвышения долгое время будет оставаться максимальным — порядка 26°.
Пятый день также будет удачным в смысле возможностей проведения радиосвязей, при этом угол возвышения будет достигать величины 29°. Самыми удобными будут периоды, когда спутник будет находиться на несколько градусов западнее от направления строго на юг.
Итак, из каждых пяти дней три дня будут предоставлять отличные возможности для проведения радиосвязей или для наблюдения за работой спутника АО-40.
ЧАСТЬ II.
СПУТНИКИ И УКВ
Глава 5. Как наблюдать за ИСЗ
Эта глава — для радиолюбителей, начинающих интересоваться приемом информации от ИСЗ, на борту которых установлена аппаратура для любительской радиосвязи. Если вы состоятельный человек и можете позволить себе купить нужные для связи через спутники радиостанции и управляемые компьютером антенные системы, то тратить время на чтение этой главы не обязательно.
Требования к аппаратуре при работе с ИСЗ
Проведение радиосвязей через ИСЗ, а также прием информации от ИСЗ в порядке наблюдения предъявляют к приемной аппаратуре и антенным системам определенные требования. В принципе, эти требования мало отличаются от обычных требований, предъявляемых к УКВ-аппаратуре. Рассмотрим их подробнее.
1. Специальные требования к антенным системам. Роль коэффициента усиления, диаграммы направленности и поляризации антенны.
2. Требования к приемной аппаратуре. Коэффициент шума приемного устройства.
3. Помехоустойчивость приемной аппаратуры.
Для любого вида связи, в том числе и для радиосвязи на УКВ, характерны потери сигнала на пути следования и наличие внешних и внутренних помех. При рассмотрении этого вопроса для упрощения будем считать, что распространение радиоволн происходит в свободном пространстве, т. е. на пути следования радиоволн от корреспондента к корреспонденту отсутствуют их поглощение и переотражение. Подобный случай характерен для радиосвязи в космическом пространстве, а также с небольшими поправками для наземной радиосвязи в пределах прямой видимости.
Требования к антенным системам
Чтобы нагляднее представить специальные требования к антенным системам, рассмотрим более общие случаи УКВ-радиосвязи.
Рассмотрим случай, когда на передающей радиостанции используется антенна, одинаково излучающая во все стороны (так называемый изотропный излучатель). Тогда на расстоянии г излучаемая передатчиком мощность Рпер равномерно распределится по поверхности сферы, имеющей площадь 8=4тгг2. В результате на вход приемника второго корреспондента попадает сигнал мощностью
Рпр~ Рпер®пр/®’
где Sp — площадь приемной антенны.
Следовательно, доля энергии, поступившая на вход приемного устройства (мощность принимаемого сигнала), составит:
L = Рпп/Рпрп = Snn/S = S^/470-2. пр' пер пр' пр'
В случае, если передающая антенна обладает направленными свойствами, от которых зависит величина коэффициента усиления антенны, мощность принимаемого сигнала возрастет и составит:
L = S G /4лг2,
где Gnep — коэффициент усиления передающей антенны.
Если на приемной радиостанции установлена антенна, имеющая коэффициент усиления Gnp, то мощность принимаемого сигнала возрастет в Gnp раз:
L = SnnGG/4nr2. пр пер пр'
Из полученной формулы можно сделать важный вывод: эффективность приемной антенны зависит от ее площади и коэффициента усиления. Но в то же время следует знать, что антенны с одинаковым коэффициентом усиления имеют неодинаковую эффективность на различных частотных диапазонах.
Так, например, если использовать один и тот же тип антенны (например, 9-элементный волновой канал) для диапазонов 144 и 432 МГц, то на верхнем диапазоне мы получим проигрыш в 9 раз по сравнению с диапазоном 144 МГц. Для диапазона 1296 МГц этот проигрыш (при использовании 9-элементного волнового канала) составит уже 81 раз, т. е. для получения тех же потерь на линии нужно или у одного из корреспондентов установить систему из 81 антенны «волновой канал», или у обоих установить по девяти таких антенн. Это, в частности, следует из формулы
L = S S/r2X2 = X2G Gпп/(4лг)2, пер пр' пер пр' v 7
которую можно получить, используя известное соотношение: G = 4tcS/X2,
где G — коэффициент усиления антенны, S — ее площадь, а Л — длина волны.
Величина мощности принимаемого сигнала отражает потери энергии на трассе между передающей и приемной радиостанциями в условиях прохождения радиоволн, близких к идеальным.
Таким образом, при неизменной конструкции антенны, а, следовательно, неизменном коэффициенте усиления, потери L растут при уменьшении длины волны в квадратичной зависимости. Единственная мера борьбы — это повышение коэффициента усиления антенны.
При принятии мер по повышению коэффициента усиления антенны обязательно сужается диаграмма её направленности. Следует иметь в виду, что узконаправленные антенны требуют более точной ориентировки на корреспондента и совсем не облегчают радиосвязь на УКВ. Также следует знать, что многодиректорные антенны типа «волновой канал» могут работать только в очень узкой полосе частот. В большинстве случаев такие антенны рассчитаны на применение в обычных УКВ-связях и имеют размеры, оптимальные для начала определенного диапазона, в то время как для спутниковой связи отводятся частоты, расположенные в конце диапазона (в более высокочастотной части диапазона).
Кроме того, в реальных условиях движения по орбите спутник непрерывно вращается вокруг какой-то своей оси. Только специальные и очень дорогие спутники имеют стабилизирующие устройства, которые поддерживают постоянную ориентацию спутника относительно Земли. Спутники с аппаратурой для любительской радиосвязи никаких стабилизирующих устройств не имеют, поэтому установленные на этих спутниках антенны постоянно вращаются вместе с корпусом спутника. Так, если в какой-то момент антенна спутника располагается параллельно горизонту Земли в точке расположения приемной станции, то через некоторое время она будет перпендикулярна горизонту в этой точке Земли. В теории распространения электромагнитных колебаний существует понятие поляризации волн. В радиосвязи принято считать, что если антенна, имеющая форму прямой линии, располагается параллельно горизонту Земли, то такая антенна излучает и принимает электромагнитные волны, в которых преобладает горизонтальная поляризация. Если же прямолинейная антенна располагается вертикально (перпендикулярно по направлению к горизонту Земли), то такая антенна излучает и принимает вертикально поляризованные волны. Конечно, такое объяснение довольно примитивно и вульгарно, но для упрощенного варианта может оказаться достаточным. Исходя из этого объяснения, получается, что антенна вращающегося вокруг своей оси спутника излучает радиоволны с перемен
ной поляризацией. Поляризацию такого сигнала принято называть вращающейся.
На практике установлено, что если передающая антенна излучает волны с вертикальной поляризацией, а принимающая эти волны антенна предназначена для приема радиоволн с горизонтальной поляризацией, то потери по мощности из-за различной поляризации увеличиваются ровно в два раза. Это значит, что данная приемная антенна будет принимать эту же передающую станцию в два раза лучше (по мощности), если на передающей станции установить также антенну с горизонтальной поляризацией передающихся радиоволн.
Требования к приемной аппаратуре
Рассмотрим теперь, от чего зависит дальность радиосвязи на УКВ и требования к приемной аппаратуре. Для повышения дальности необходимо увеличивать размеры антенн. Это, конечно, очень трудоемкий и тем не менее единственный способ, практически не имеющий ограничений. Второй способ повышения дальности — это увеличение мощности передатчика. Однако максимальная мощность любительского передатчика определена соответствующим разрешением и не должна превышать 5 Вт. Для передатчика, установленного на ИСЗ, разработчик радиоаппаратуры задает какие-то определенные параметры, которые после запуска ИСЗ на орбиту может изменить только природа. И, наконец, третий способ — повышение чувствительности приемника. Здесь наши возможности, в конечном счете, ограничены внешними шумами и помехами, такими как индустриальные помехи, космические и тепловые шумы, излучаемые атмосферой и земной поверхностью.
Для того чтобы оценить предельные возможности радиоприемника, удобно ввести понятие его «энергетического потенциала». Энергетический потенциал численно равен максимально допустимому значению потерь (в децибелах) на трассе распространения сигнала. Рассмотрим подробнее, как он определяется и от чего зависит.
Прежде всего, определим минимальную мощность сигнала, который необходимо подать на вход приемника. При отсутствии внешних помех чувствительность определяется уровнем собственных шумов, который для удобства расчетов обычно приводится к входным зажимам приемника.
Для оценки интенсивности собственных шумов приемника обычно пользуются единицами кТ0. Здесь к — постоянная Больцмана (1,38 х 10 23 Дж/град), а То— температура окружающей среды (около 300 К). Таким образом, 1кТ0 =4 х 10“21 Вт/Гц. Термин «интенсивность» в этом случае применяется потому, что данная единица характеризует не просто приведенную мощность входных шумов, а мощность, отнесенную к полосе пропускания. Это очень удобно, так как не надо каждый раз ого
варивать полосу пропускания приемника, как это потребовалось бы при оценке шумов в единицах мощности — ваттах. В этом смысле еще больше неудобств доставляет пользование единицами напряжения — микровольтами, так как тогда надо еще указывать входное сопротивление приемника. Так, например, ответить на вопрос, какой приемник лучше — имеющий чувствительность 1 мкВ или 2 мкВ, можно только после того, как будут оговорены входные сопротивления и полосы пропускания этих приемников. Единица кТ0 имеет строго определенный физический смысл: такие тепловые шумы генерирует активное сопротивление, нагретое до температуры То. Если сопротивление, равное входному, подключить к входу идеального приемника, то мощность шумов, приведенная к входу, будет равна 1кТ0. В реальном приемнике к шумам внешнего сопротивления добавятся собственные шумы, поэтому чувствительность реального приемника всегда больше 1кТ0. Числовой коэффициент, стоящий перед кТ0, называется коэффициентом шума приемника и обозначается буквой F. Мощность собственных шумов приемника, приведенную к входу, можно определить, пользуясь формулой:
рш.вх. = (F - l)kT0Af,
где Af — полоса пропускания приемника.
Например, пусть интенсивность шумов приемника радиостанции в диапазоне 144 МГц равна 1,8 кТ0 (т. е. собственные шумы равны 0,8 кТ0). Определим, чему это соответствует в долях ватта при полосе пропускания приемника 3000 Гц. Согласно проведенным рассуждениям собственные шумы приемника в ваттах, приведенные к его входу, будут равны: рш.вх = (1,8 - 1) X 4 х 10-21 х 3000 = 10"17 Вт.
Теперь, когда известна мощность входных шумов, можно определить минимальное значение полезного сигнала. Для работы телеграфом при данной полосе пропускания пороговое значение сигнала может быть примерно в 10 раз меньше мощности шумов, т. е. мощность сигнала Рс = 10"18 Вт. Если к тому же учесть коэффициент усиления антенны величиной 10, то допустимые потери возрастут до 10“19 Вт, что соответствует примерно величине чуть менее 200 дБ.
Приведенные мною формулы дают вам основу для расчета энергетического потенциала У KB-радиоприемника или У KB-радиостанции, для того чтобы вы могли прочувствовать возможности того или иного аппарата.
Как следует из приведенных рассуждений, У KB-радиоприемник с коэффициентом шума порядка 2кТ0 может с успехом принимать сигналы от ИСЗ, удаленных на расстояние 1000 км и более при наличии антенны с усилением в 10 раз.
Несколько слов о том, как оценить потери энергии на трассе между ИСЗ и приемной радиостанцией. В литературе можно найти следующую фор-
мулу, которая позволяет сделать ориентировочный расчет потерь электромагнитной энергии при прохождении сигнала от ИСЗ до приемника: Lp = 32,5 + 2Olgf + 201gDs
где Lp — потери энергии на трассе, дБ; f — частота, МГц; Ds — расстояние до спутника, км.
Проведенные по этой формуле расчеты для расстояния 3000 км и частоты 29 МГц дают величину потерь порядка 130 дБ; для того же расстояния и частоты 144 МГц величина потерь составит примерно 145 дБ; при увеличении частоты до 435 МГц величина потерь возрастет примерно до 155 дБ; для частоты 1290 МГц величина потерь составит 167 дБ.
При расстоянии 50 000 км и частоте 1290 МГц, что характерно для спутника АО-40, примерная величина потерь будет около 193 дБ, т. е. вплотную приближается к возможностям применения радиоприемного устройства с коэффициентом шума 2кТ0 и приемной антенны с усилением в 10 раз. Это значит, что для успешной работы с этим спутником следует использовать антенну с гораздо большим усилением.
Помехоустойчивость приемной аппаратуры
Рассмотрим теперь вопрос о помехоустойчивости УКВ аппаратуры. Приведенный расчет энергетического потенциала сделан с учетом только внутренних помех, т. е. с учетом собственных шумов, возникающих в приемном устройстве. Однако часто предельная дальность радиосвязи определяется помехами внешнего происхождения, которые условно можно разделить на три основные группы: помехи от других радиостанций, импульсные помехи и шумовые помехи.
Помехи, относящиеся к первой группе, появляются под действием мощных сигналов близко расположенных любительских радиостанций, а также под действием мощных сигналов телевизионных и радиовещательных передатчиков.
В первом случае мешающий сигнал попадает в полосу пропускания усилителя высокой частоты, смесителя, а часто и в полосу пропускания последующих каскадов. В результате меняется режим работы этих каскадов, что может привести к полному пропаданию полезного сигнала. Меры борьбы с подобными помехами — повышение линейности и возможно меньший коэффициент усиления каскадов, предшествующих узкополосному фильтру. Помехи от телевизионных передатчиков могут непосредственно воздействовать на входной каскад УВЧ и проникать по так называемым комбинационным каналам. Меры борьбы с подобными помехами — повышение качества гетеродина и улучшение селективности УВЧ.
Помехи, относящиеся ко второй группе, — импульсные помехи — более характерны для городских условий. Это помехи от систем зажигания ав
томобилей, от коллекторных электродвигателей, от искрения контактных проводов трамваев и троллейбусов, а также от большого количества прочих источников. Если импульсные помехи хорошо выделяются на фоне шумов в виде отчетливых щелчков или тресков, то в таком случае достаточно эффективно помогают различного рода ограничители амплитуды.
В условиях большого города импульсные помехи от многих источников сливаются в сплошной шум, который «на слух» воспринимается как шум теплового происхождения. Импульсные помехи такого вида непосредственно примыкают к помехам, относящимся к третьей группе, т. е. к шумам различного происхождения. Как уже указывалось, это могут быть шумы космического происхождения (прежде всего Солнца), а также тепловые шумы, излучаемые атмосферой и земной поверхностью. На большом удалении от города именно эти шумы определяют предельную чувствительность радиостанции. При антенне, направленной на горизонт, интенсивность таких шумов составляет примерно 1кТ0. В условиях города интенсивность шумов может возрастать в десятки и даже сотни раз. К сожалению, принципиально отсутствуют методы борьбы с помехами такого рода. Единственно, что можно делать, — это по возможности сужать полосу пропускания приемника. Однако особенности человеческого уха таковы, что даже при приеме телеграфных сигналов не имеет смысла делать полосу пропускания приемника уже 500-1000 Гц.
Подводя итог сказанному, можно сделать вывод, что радиолюбителям, живущим в благоприятной помеховой обстановке, следует обратить основное внимание на уменьшение собственных шумов приемника. При этом можно ориентироваться на цифру 2 кТ0 (с учетом потерь в фидере), так как дальнейшее снижение шумов уже не даст большого выигрыша.
При разработке описываемой в следующем разделе аппаратуры были предприняты некоторые меры по повышению помехоустойчивости приемных устройств. Так, для получения заданной чувствительности было использовано минимальное количество каскадов усиления, были приняты меры по сужению полосы пропускания входных устройств и по повышению спектральной чистоты гетеродинных трактов. Во всех аппаратах в основном отсутствуют дефицитные детали.
Приемная аппаратура на RA3XB
В этом разделе приведены схемы приемной аппаратуры, которая уже длительное время работает на радиостанции RA3XB. Эти схемы не следует рассматривать как рекомендации автора для непременного повторения. Я уверен, что в настоящее время имеются схемы более совершенных аппаратов, созданные на базе современных радиосредств. Здесь описаны схемы аппаратов, созданных много лет тому назад. Они надежно работают до сих пор и удовлетворяют минимальным требованиям при наблюдении за рабо
той ИСЗ. Так что если у вас нет более современных схем, то можете воспользоваться предлагаемыми вариантами приемных аппаратов.
Преселектор
Многие из имеющихся в практике радиолюбителей связных радиоприемников не могут обеспечить необходимые малые внутренние шумы усилителей радиочастоты на входе приемника и повышенную избирательность. Особенно это относится к ламповым радиоприемникам и трансиверам. Значительно улучшить прием сигналов на таких приемниках помогает разработанное мною устройство, называемое далее «преселектор».
Определить необходимость подключения к вашему приемнику преселектора очень просто. Если речь идет о коротковолновом приемнике, то для такого определения следует включить приемник с обычной антенной и настроить его на свободную от работающих станций частоту. При этом на выходе приемника должны быть слышны только шумы эфира и внутренние шумы приемника. Следует заметить уровень шума на выходе. Если при отсоединении антенны от включенного приемника уровень шумов не изменился или изменился незначительно, то вам срочно следует изготовить преселектор и включить его в постоянную работу с этим радиоприемником.
Для определения необходимости использования преселектора с УКВ-приемником следует, не отключая антенну, накоротко замкнуть антенный ввод на корпус. Если при таком замыкании уровень шумов на выходе не изменился, то вполне вероятно и в данном случае можно надеяться на помощь преселектора.
По своему устройству преселектор является предварительным усилителем высокой частоты с регулируемым сужением полосы пропускания за счет положительной обратной связи. Это так называемый эффект Q-ум-ножения. В конструкции применены малошумящие транзисторы КПЗОЗД иКТбЮ.
Каждый, кто прослушал работу приемника с подключенным преселектором, непременно решает сделать себе такое устройство. Особенно рекомендую сделать такое устройство владельцам ламповых радиоприемников Р-250, трансиверов UW3DI и всех прочих. А также всем радиолюбителям, проживающим в условиях повышенных индустриальных и прочих помех.
Эффект значительного улучшения чувствительности и избирательности радиоприемника получается за счет применения малошумящих транзисторов и сужения полосы пропускания входного контура преселектора за счет регулируемой положительной обратной связи. При изменении величины положительной обратной связи изменяется добротность име
ющегося в схеме колебательного контура. Самая узкая полоса пропускания соответствует наиболее возможной добротности контура и находится рядом с порогом генерации. Порог генерации — это такая величина положительной обратной связи, при превышении которой усилитель превращается в генератор. Принципиальная электрическая схема КВ-пре-селектора представлена на рис. 5.1.
В конструкции применены широкодоступные радиодетали, непременное требование одно — переменный резистор R10 не должен быть проволочным (т. е. должен быть безиндуктивным).
Вместо указанной на схеме катушки L1 можно установить переключатель с набором катушек на все используемые диапазоны. Число витков катушки можно выбрать из табл. 5.1 или табл.5.2. Отвод делается от 1/3 общего числа витков, считая снизу.
Если вас не устраивает диаметр каркаса катушки или диаметр примененного провода, то путем несложного пересчета можно получить число вцт-ков катушки для нужного вам диаметра каркаса или диаметра провода. Например, если имеются готовые каркасы, отличающиеся диаметром от приведенного в таблице, то можно, не меняя провода, намотать катушки с требуемыми параметрами, пересчитав лишь число витков по формуле n = no7do/d >
где п — искомое число витков; п0 — заданное число витков; d — диаметр имеющегося каркаса; d0 — диаметр заданного каркаса. По этой же формуле можно пересчитать и изменение числа витков при изменении диаметра провода. В этом случае под величинами d и d0 следует понимать диаметры проводов.
Таблица 5.2 также предназначена для подбора различных величин элементов колебательного контура. В начале каждой строки указана опре-
Рис. 5.1. Схема КВ-преселектора
Таблица 5.1. Параметры деталей колебательных контуров
Диапазон частот контура, МГц Емкость конденсатора, пФ Катушка индуктивности
С макс С мин L, мкГн Диаметр провода, мм Диаметр витка, мм Число витков Длина намотки, мм
3,5-7,8 100 20 20,3 0,64 25 38 32
3,5-7,8 100 20 20,3 0,41 12 80 50
3,5-7,8 100 20 20,3 0,64 38 23 19
3,5-7,8 100 20 20,3 0,80 25 42 45
3,5-9,6 150 20 14,0 0,80 38 17 15
3,5-9,6 150 20 14,0 1,00 32 28 38
3,5-9,6 150 20 14,0 0,64 25 25 22
3,5-11,0 200 20 10,3 1,00 25 32 50
3,5-11,0 200 20 10,3 0,64 12 45 25
7,0-11,0 50 20 10,2 1,60 4 \ 50 20 63
7,0-15,6 100 20 5,2 0,64 25 16 19
7,0-15,6 100 20 5,2 0,51 12 31 25
7,0-15,6 100 20 5,2 1,00 38 11 19
7,0-15,6 100 20 5,2 1,20 38 12 25
7,0-19,0 150 20 3,4 1,60 32 13 32
7,0-19,0 150 20 3,4 1,00 19 18 25
7,0-19,0 150 20 3,4 1,00 25 14 25
7,0-22,0 200 20 2,6 0,80 38 28 38
7,0-22,0 200 20 2,6 0,64 12 20 19
7,0-22,0 200 20 2,6 1,00 25 11 19
14-22 50 20 2,6 1,6 38 9 25
14-22 50 20 2,6 1,6 50 9 50
14-31 100 20 1,3 1,6 25 8 19
14-38 150 20 0,86 1,5 32 7 38
14-44 200 20 0,65 1,0 38 5 25
28-45 50 20 0,65 2,1 50 4 45
28-45 50 20 0,65 2,0 12 13 38
28-63 100 20 0,32 1,0 25 4 12
28-63 100 20 0,32 2,0 19 5 19
28-77 150 20 0,22 1,6 25 4 19
деленная величина индуктивности, а верхней цифрой каждого столбца указывается величина емкости конденсатора. Если у вас имеется катушка с индуктивностью 2 мкГн, то используя совместно с ней конденсаторы емкостью от 100 до 1000 пФ, можно получить колебательный контур с частотой настройки от 11 100 до 3580 кГц.
Для расчета числа витков контурных катушек различной конфигурации, в зависимости от заданной частоты, мною разработана компьютерная
Таблица 5.2. Частота колебательного контура (кГц) при различных L и С
L, мкГн Емкость, пФ
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
1 15 800 11100 9100 7 900 7150 6 503 6 000 5 670 5^270 5 000
2 11100 9 100 6 503 5 670 5 000 4 620 4 230 4 000 3 760 3 580
3 9100 6 503 5 270 4 620 4110 3 760 3 490 3 260 3 060 2 920
4 7 900 5 670 4 620 4 000 3 580 3 260 3 000 2 800 2 660 2 510
5 7150 5 000 4110 3 580 3 200 2 920 2 680 2 510 2 380 2 260
6 6 503 4 620 3 760 3 260 2 920 2 680 2 460 2 290 2 160 2 060
7 6 000 4 230 3490 3 000 2 680 2 460 2 280 2 120 2 000 1900
8 5 670 4 000 3 260 2 800 2 510 2 290 2120 1985 1875 1775
9 5 270 3 760 3 060 2 660 2 380 2160 2 000 1875 1761 1655
10 5 000 3 580 2 920 2 510 2 260 2 060 1900 1 775 1655 1595
12 4 620 3 260 2 660 2 290 2 060 1875 1 730 1620 1530 1455
14 4 230 3 000 2 460 2120 1900 1730 1610 1510 1410 1342
16 4 000 2 800 2 290 1985 1 775 1620 1510 1430 1327 1260
18 3 760 2 660 2 160 1875 1655 1530 1410 1327 1250 1185
20 3 580 2 510 2 060 1775 1595 1435 1342 1260 1185 1122
25 3 200 2 260 1840 1595 1420 1298 1205 1 122 1060 1003
30 2 920 2 060 1655 1455 1298 1185 1080 1028 968 921
40 2 510 1 775 1455 1260 1122 1082 954 893 840 796
50 2 260 1595 1298 1122 1003 921 850 796 750 712
60 2 060 2 455 1185 1028 921 840 778 728 685 650
70 1948 1342 1 100 954 850 778 720 674 634 602
80 1775 1260 1628 893 841 728 689 630 593 563
90 1655 1 185 968 840 750 685 635 593 560 532
100 1595 1 122 921 896 712 650 613 563 532 502
120 1455 1028 840 728 650 593 550 514 485 460
140 1342 954 778 674 602 582 519 476 450 426
160 1260 893 745 630 563 514 476 446 430 398
180 1185 840 685 593 532 485 449 430 396 375
200 1122 796 650 563 504 460 426 398 375 356
250 1003 712 582 504 451 411 382 356 336 318
300 921 650 530 460 411 375 348 324 306 291
400 796 563 460 398 356 324 301 271 265 252
500 712 504 411 345 316 290 269 252 243 228
600 650 460 375 324 290 265 246 230 223 209
700 602 426 348 307 269 246 229 218 201 190
программа INDUKTIW, которую можно скачать в Интернете по адресу http://ra3xb.narod.ru/. Программа позволяет выполнять расчеты также для катушек с сердечниками.
Преселектор очень хорошо работает на диапазоне 29 МГц. Для работы на диапазоне 145 МГц схему преселектора пришлось несколько изме-
4 Зак 1126
Рис. 5.2. Схема преселектора для 145 МГц
нить. На рис. 5.2 приведена принципиальная схема преселектора, предназначенного для работы на этом диапазоне.
Катушки контуров L1 и L2 бескаркасные, выполнены на оправке диаметром 8 мм и имеют по 8 витков провода ПЭЛ-0,8. Длина каждой катушки равна 22 мм. Дроссель L3 представляет собой катушку, намотанную проводом ПЭЛ-0,3 на резисторе типа ВС-0,5. Намотка выполняется виток к витку до заполнения всего пространства между выводами резистора. Для этой цели следует брать резистор величиной не менее 1 кОм. Концы проводов этой катушки припаиваются к выводам резистора. Величину резистора R1 можно уменьшить до 75 Ом.
Описанный KB-преселектор является очень полезным и универсальным аппаратом. Можно получить исключительно хорошие результаты при приеме У KB-сигналов, если включить его между любым из описанных ниже конвертеров и КВ-радиоприемником. KB-преселектор особенно нужен радиолюбителям из больших городов, где наблюдаются повышенные промышленные и бытовые шумы.
Конвертер для приема на диапазоне 29 МГц
Первоначальный вариант конвертера был построен в конце 70-х годов прошлого столетия и предназначался для наблюдения за сигналами первых ИСЗ типа RS. Затем в схему конвертера были внесены некоторые изменения. Существующий вариант конвертера позволял вести нормальный прием сигналов от спутника RS-12, используя вместо антенны кусок провода длиной 10 метров, выброшенный из окна на соседнее дерево. Судя по материалам отдельных статей, диапазон 29 МГц может быть задействован в ближайшем будущем для организации спутниковой связи в широких масштабах. Так что отказываться от аппаратуры этого диапазона пока еще рано.
На радиостанции RA3XB конвертер используется совместно с радиоприемником типа Р-250М. Принципиальная электрическая схема конвертера представлена на рис. 5.3.
Рис. 5.3. Схема конвертера для диапазона 29 МГц.
На транзисторах VT1 и VT2 выполнен двухкаскадный усилитель высокой частоты, транзистор VT3 работает смесителем, на транзисторах VT4 и VT5 выполнен окварцованный задающий генератор. Используется кварц на частоту 10,0 МГц. Это позволяет вести прием сигналов с частотой 28 МГц на радиоприемнике, настроенном на частоту 18 МГц.
Конвертер собран на шасси, спаянном из белой жести (от консервных банок из-под сгущенного молока), методом навесного монтажа. В качестве опорных элементов используются блокировочные конденсаторы и квадратики (размером примерно 5x5 мм) из фольгированного стеклотекстолита, приклеенные к шасси клеем БФ-2. Все подстроечные конденсаторы применены типа КПК, резисторы — типа МЛТ, конденсаторы постоянной емкости — типа КТ, КД и КЛС. Транзисторы VT1-VT3 применены типа КПЗОЗД. С успехом можно применять полевые транзисторы и других типов. Параметры катушек колебательных контуров приведены в табл. 5.3.
Катушка L2 намотана в навал на оправке диаметром 9 мм, витки катушки скреплены между собой клеем БФ-2. После высыхания клея катушка размещается поверх заземленного конца катушки L1. Катушка L7 наматывается на каркасе с подстроечным СЦР сердечником.
Настройку конвертера начинаем с проверки работы задающего генератора. Затем следует настроить контур с катушкой L7 на частоту примененного кварца. После этого включаем основной KB-приемник, к которому подключен конвертер, а к антенному гнезду конвертера подключаем простейший генератор шума. Начинаем проводить на-
Катушка Число витков Диаметр, мм Провод Длина, мм Отводы
L1 12 8 ПЭЛ-0,9 22
L2 4 9 ПЭЛ-0,3
L3 12 8 ПЭЛ-0,9 22 На 8 витке (от заземленного конца)
L4 12 8 ПЭЛ-0,9 22 На 4 и 7 витках (от заземленного конца)
L5 12 8 ПЭЛ-0,9 22
L6 12 8 ПЭЛ-0,9 22 На 6 витке (от заземленного конца)
L7 20 8 ПЭЛ-0,3 От 10 витка
стройку всех контуров соответствующими подстроечными конденсаторами по максимуму шумов на выходе от радиоприемника. Если при вращении подстроечного органа конденсатора окажется, что максимум шумов получается при наибольшей емкости этого конденсатора, то параллельно подстроечному конденсатору следует подпаять конденсатор постоянной емкости величиной 10-15 пФ и продолжить настройку. Если при настройке какого-либо контура станут возникать паразитные самовозбуждения, то параллельно катушке этого контура следует подпаять постоянный резистор величиной 2-3 кОм. Окончательную подстройку всех контуров проводите при приеме слабого полезного сигнала. Как правило, при исправных радиодеталях весь процесс настройки занимает несколько минут. При не очень большой чувствительности основного KB-приемника включите преселектор между конвертером и приемником.
Конвертер для диапазона 145 МГц
Конвертер применялся для наблюдения за сигналами спутника RS-13. Сигналы этого спутника начинали приниматься на вертикальную антенну с коллинеарными элементами с момента появления спутника над горизонтом. Сигналы от RS-13 с удобных орбит можно было принимать и на комнатную антенну, расположенную на окне. Если посмотреть перечень действующих спутников, то видно, что в настоящее время имеется целый ряд спутников, которые ведут передачу из космоса на этом диапазоне. Например, АО-7, АО-10, Международная Космическая Станция (МКС) и др. Конвертер работает совместно с KB-радиоприемником Р-250М, между конвертером и приемником может быть включен преселектор. Конструктивно конвертер состоит из двух самостоятельных частей: УВЧ со смесителем и отдельного гетеродина, соединенных между собой экранированным кабелем. Принципиальная электрическая схема конвертера представлена на рис. 5.4 (каскады УВЧ и смесителя) и рис. 5.5 (схема кварцевого гетеродина).
Рис. 5.4. УВЧ и смеситель конвертера для 145 МГц
Рис. 5.5. Гетеродин конвертера
Конвертер выполнен на плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита без сверления отверстий под выводы деталей. Канавки между контактными поверхностями вырезаются специальным ножом-резаком. Радиодетали припаиваются со стороны фольги. Экранирующие перегородки высотой 20 мм выполнены из белой жести и припаяны к фольге. Плата размещается в отдельном корпусе из белой жести. Однокаскадный УВЧ выполнен на транзисторе VT1 типа КТ371. Можно применить и другие, имеющиеся у вас в наличии транзисторы. По мере появления в вашем хозяйстве новых транзисторов, старый всегда можно удалить и заменить на новый. Конденсатор С1 следует применять только при наличии большого числа помех. В иных случаях антенну следует подводить напрямую, без этого конденсатора.
На транзисторе VT2 выполнен смеситель, на транзисторе VT3 собран вспомогательный усилитель выходного сигнала.
Данные контурных катушек УВЧ и смесителя приведены в табл. 5.4.
Гетеродин конвертера выполнен на кварце с частотой 13,66 МГц, что позволяет принимать сигналы с частотой 144 МГц на KB-приемнике, настроенном на частоту 21 МГц. Это очень удобно при желании иметь приемопередающую УКВ-радиостанцию на диапазон 144 МГц. Конструктивно гетеродин выполнен на плате из одностороннего фольгированного стекло-
Таблица 5.4. Контурные катушки УВЧ и смесителя
Катушки Число витков Диаметр, мм Провод Длина, мм Отводы
L1 6 8 ПЭЛ-0,9 16 На 2 и 3 витках от заземленного конца
L2 7 8 ПЭЛ-0,9 20 На 1 витке от заземленного конца
L3 7 8 ПЭЛ-0,9 20
L4 7 8 ПЭЛ-0,9 20 На 7 витке от заземленного конца
L5 22 8 ПЭЛ-0,9 20 На 7 витке от заземленного конца
L6 4,5 8 ПЭЛ-0,9 13 На 1,5 витке от заземленного конца
Таблица 5.5. Катушки гетеродина
Катушка Число витков Диаметр, мм Провод Длина, мм Отводы
L1 10 8 ПЭЛ-0,9 12 На 6 витке от заземленного конца
L2 4 8 ПЭЛ-0,9 10 На 2 и 3 витках от заземленного конца
L3 4 8 ПЭЛ-0,9 10 На 2 и 3 витках от заземленного конца
текстолита. Крепление деталей делается со стороны фольги, контактные поверхности отделяются канавками, прорезанными специальным ножом-резаком. Плата полностью размещается в корпусе из белой жести. Данные контурных катушек гетеродина приведены в табл. 5.5.
Начинать настройку следует с проверки работоспособности кварцевого генератора на VT1. Затем контур L1C6, принадлежащий утроителю частоты на VT2, настраивается на частоту 41 МГц. Контроль частоты следует проводить посредством гетеродинного измерителя резонанса (ГИР), работающего в режиме волномера. После этого аналогичным способом настраиваются контуры L2C10 и L3C14 на частоту 121 МГц. Эти контуры принадлежат второму утроителю, выполненному на VT3, и усилителю сигнала частотой 121 МГц naVT4. На VT5 выполнен апериодический усилитель частоты 121 МГц.
Настройку платы УВЧ следует начать с настройки контура L6C17C16C15 на частоту 121 МГц. Затем сигнал от простого генератора шума следует подать непосредственно на затвор транзистора VT1 и настроить контуры L2C6, L3C8, L4C10 и L5C14 по максимуму шумов на выходе основного приемника. Контур L1C2 настраивается после подключения генератора шума к антенному гнезду. Окончательную подстройку контуров следует выполнить при приеме сигнала от ИСЗ через антенну.
Конвертер для диапазона 435 МГц
Конвертер применяется для приема информации от ИСЗ с использованием KB-приемника типа Р-250М. Конструктивно конвертер выполнен
в виде трех самостоятельных блоков, каждый из которых заключен в отдельный корпус из белой жести, и соединенных друг с другом отрезками экранированного кабеля. Применение блочной конструкции очень удобно для экспериментаторов, поскольку позволяет безболезненно заменять тот или иной узел, оставляя без изменения остальные. Как показал опыт, наиболее частым изменениям могут подвергаться узел УВЧ и узел смесителя.
Принципиальная электрическая схема усилителя высокой частоты конвертера представлена на рис. 5.6.
Усилитель трехкаскадный, выполнен на транзисторах VT1, VT2 и VT3. Корпус усилителя и шасси спаяны из белой жести. Каждый транзистор и принадлежащие к нему прочие радиодетали смонтированы на небольшом прямоугольном кусочке фольгированного стеклотекстолита, который затем помещается в соответствующий отсек шасси. Детали крепятся непосредственно к фольге, разъединяющие канавки в фольге прорезаны ножом-резаком. Представляющая землю поверхность фольги соединяется с корпусом в нескольких различных местах. Чем больше будет таких мест соединения, тем лучше. Каких-либо иных особенностей нет. Индуктивности L1-L4 выполнены из голого медного провода диаметром 1 мм и располагаются в специальных отсеках шасси на удалении 3 мм от шасси. Длина LI, L2 и L3 равна 33 мм, длина L4 — 17 мм (в приведенные размеры не включены участки, предназначенные для припаивания провода к корпусу шасси). Расстояние между L3 и L4 подбирается при настройке и равно примерно 2 мм.
Принципиальная электрическая схема гетеродина для конвертера 435 МГц представлена на рис. 5.7.
В схеме используется кварц на частоту 6,454 МГц, что позволяет после умножения в 64 раза получить на выходе частоту 413 МГц. Указанный кварц применен только потому, что он оказался единственным из наиболее удобных к применению.
Рис. 5.7. Схема гетеродина для конвертера 435 МГц
Кварцевый гетеродин выполнен'на транзисторе VT1. Каскад на VT2 работает в режиме умножителя частоты на четыре, все последующие каскады являются удвоителями частоты. В своих конструкциях я предпочитаю использовать двухтактные каскады умножения частоты, каковыми являются каскады на VT3, VT4, а также на VT5, VT6 и VT7, VT8. В этой схеме применены только удвоители частоты. На практике существуют также и двухтактные утроите ли частоты, конструкция которых несколько отличается от конструкции удвоителя. Преимущество двухтактных умножителей перед умножителем на одном транзисторе заключается в том, что двухтактный удвоитель выделяет только четные гармонические составляющие сигнала, а на выходе двухтактных утроите лей присутствуют только нечетные гармоники. Это очень важно при настройке гетеродина, а также улучшает «спектральную чистоту» выходного сигнала, т. е. меньшее количество различных гармоник. При этом все присутствующие «лишние» гармоники значительно ослаблены.
Данные по контурным катушкам гетеродина для конвертера 435 МГц приведены в табл. 5.6.
Индуктивность L7 выполнена в виде отрезка медного провода диаметром 1 мм и длиной рабочей части 50 мм, отводы выполнены на расстоянии
Таблица 5.6. Контурные катушки гетеродина 435 МГц
Катушки Число витков Диаметр, мм Провод Длина, мм Отводы
L1 20 8 (СЦР) ПЭЛ-0,4 16 На 10 витке от заземленного конца
L2 4x2 9 ПЭЛ-0,3 4 витка (бифилярно)
L3 12 8 ПЭЛ-0,9 12 На 7 витке от заземленного конца
L4 2x2 . 9 ПЭЛ-0,3 2 витка (бифилярно)
L5 4 8 ПЭЛ-0,9 15 На 2 витке от заземленного конца
L6 2x2 9 ПЭЛ-0,3 2 витка (бифилярно)
12 и 18 мм, считая от заземленного по ВЧ конца. Отрезок провода располагается параллельно заземленному участку фольги на расстоянии 4 мм, может быть изогнут, но параллельность земле должна соблюдаться. С одной стороны L7 припаивается к выводу подстроечного конденсатора, с другой стороны — к опорному кусочку из фольгированного стеклотекстолита, приклеенного к заземленному участку фольги на плате. К этому же опорному кусочку припаивается один из выводов блокировочного конденсатора и резистора. L8 выполнена по той же технологии и имеет длину рабочей части 15 мм с отводом посередине. L9 имеет длину 12 мм.
Катушки связи L2, L4 и L6 выполнены из двух скрученных между собой проводов, при этом начало одной части катушки соединяется с концом второй ее части. Катушка связи должна иметь чуть больший диаметр, чем основная катушка, и располагаться примерно между первым и вторым витками (считая от заземленного по ВЧ конца) основной катушки. Такая конструкция катушки связи позволяет подать на базы транзисторов двухтактного каскада равные по величине и противоположные по фазе сигналы.
Настройку гетеродина следует начинать с проверки работоспособности кварцевого генератора. Затем колебательный контур каждого последующего каскада должен настраиваться на нужную, заранее рассчитанную частоту. Правильность настройки следует проверять простейшим волномером, применять частотомеры не советую. Самым удобным прибором для настройки многокаскадных гетеродинов является гетеродинный индикатор резонанса (ГИР). В радиолюбительской литературе можно найти описания многих разных конструкций этого аппарата, но каждый из них может работать либо в режиме непосредственно гетеродинного измерителя резонанса, либо в режиме волномера. Если вы решили заняться изготовлением и настройкой У KB-гетеродинов, то непременно должны обзавестись таким прибором. На рис. 5.8 приведена схема смесителя и усилителя ПЧ для конвертера 435 МГц.
Схема смесителя выполнена на смесительном сверхвысокочастотном диоде типа Д405, ДК-И1М или аналогичном. С успехом можно применить также смесительный каскад иной конструкции, например на транзисторе. Смеситель размещен на плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита и заключен в корпус из жести. Разумеется, если у вас имеется иной тонколистовой материал, например листовая латунь или медь, то корпус и все перегородки следует выполнять именно из этого материала. В дополнение, корпус из меди или латуни желательно посеребрить. Можно даже и позолотить. Хуже не будет.
Индуктивность L1 представляет собой отрезок медного провода диаметром 3,5 мм и длиной 85 мм. Располагается в экранирующем отсеке с размерами 22 х 22 х 110 мм. Одним концом провод припаян к центру перегородки, вторым — к подстроечному конденсатору. Следует обеспечить достаточную жесткость этой конструкции. Подвод сигнала от усилителя высокой частоты выполнен на расстоянии 30 мм от заземленного конца, зажим для крепления смесительного диода припаян к L1 на расстоянии 75 мм. L2 представляет собой кусок медного провода диаметром 1 мм и длиной 30 мм. Катушка L3 бескаркасная, имеет 12 витков на оправке диаметром 8 мм провода ПЭЛ-0,9 с отводом посередине. Резистор R1 служит для снижения добротности контура (для расширения полосы пропускания).
На транзисторе VT1 выполнен усилитель промежуточной частоты.
А1 — перемычка, которая размыкается только при настройке смесителя, во всех остальных случаях контрольная точка КТ1 должна быть соединена с корпусом.
Перед началом настройки смесителя следует удалить перемычку А1 и вместо нее включить миллиамперметр с пределом до 10 мА. L2 соединить с выходом от гетеродина. Затем подать напряжение питания на предварительно настроенный гетеродин и настраиваемый смеситель. При этом миллиамперметр будет показывать ток, протекающий через смесительный диод. Конденсатор С1 должен находиться в положении минимальной емкости. Изменяя расстояние между L1 и L2, следует добиться величины тока 2 мА. В процессе этой настройки можно в небольших пределах подстроить контуры каскадов гетеродина по максимуму показаний миллиамперметра. После выполнения перечисленных операций измерительный прибор удаляется и восстанавливается перемычка.
Затем подключается базовый радиоприемник и каскад УВЧ 435 МГц. Сначала весь этот комплекс настраивается предварительно по простейшему генератору шума, затем следует выполнить окончательную подстройку контуров УВЧ и контура L1 смесителя по сигналу маячка или работающей на этом диапазоне У KB-рад иостанции.
Конвертеры для диапазона 1296 МГц
В последние годы на ИСЗ для любительской связи стали применять частоты выше 1000 МГц. Долгожданный спутник АО-40 (P3D) для многих оказался недоступным именно по этой причине. Радиолюбителям, желающим осваивать любительскую связь через ИСЗ, следует приступить к освоению самых высокочастотных УКВ и СВЧ диапазонов. На радиостанции RA3XB аппаратов на эти диапазоны пока нет, поэтому в этой главе я хочу привести в качестве примера принципиальные схемы конвертеров на диапазон 1296 МГц, которые были опубликованы в [2] и [3]. В некоторых действующих сегодня спутниках, изготовленных зарубежными фирмами, используется частота 1268 МГц. Чтобы задействовать на этой частоте описанные ниже конвертеры, следует подобрать кварц для задающего генератора. При этом остальные элементы схем могут оставаться неизменными.
Конвертер 1296/144 МГц
Описание любительской УКВ-радиостанции, в которой применен этот конвертер приведено в [3].
Конвертер предназначен для приема сигналов в диапазоне 1296-1298 МГц совместно с приемником на диапазон 144-146 МГц. Принципиальная схема конвертера приведена на рис. 5.9.
Конвертер состоит из УВЧ на транзисторе VT1, смесителя на диоде VD1 и двух последних умножительных каскадов от гетеродина на VT2 и VT3. УВЧ сделан по схеме с общим эмиттером, на входе и на выходе усилителя применены П-контуры. Сигнал на смеситель поступает через петлю связи L4.
Гетеродин конвертера — шестикаскадный. Первые четыре каскада следует выполнить точно по схеме первых четырех каскадов описанного выше конвертера на 435 МГц, но при этом следует использовать кварц на частоту 8,0 МГц. В этом случае следующий за кварцевым генератором
каскад будет работать в режиме утроения (8 х 3 = 24 МГц). Сигнал частотой 192 МГц от четвертого каскада следует подать экранированным кабелем на вход транзистора VT3 («Вход 1» на схеме). Далее каскад на транзисторе VT3 умножает полученную частоту в три раза (576 МГц). Результат умножения выделяется на контуре C13L6C14. Каскад на VT2 работает удвоителем, на контуре C9L5C8 должна выделяться частота 1152 МГц. На смеситель сигнал от гетеродина подается через петлю связи L4, которая является общей и для L2, и для L5.
Индуктивности L1 и L2 выполнены из медной посеребренной проволоки диаметром 3,2 мм, имеют рабочую длину 20 мм. L5 изготовлена из той же проволоки, имеет рабочую длину 22 мм. Петля связи L4 изготовлена из медной посеребренной проволоки диаметром 0,8 мм, длина подбирается при наладке. Катушка L6 выполнена в виде U-колена из медной проволоки диаметром 1,5 мм и имеет длину 50 мм. Дроссели Др1 и Др2 имеют 4 витка медного провода диаметром 0,8 мм на оправке диаметром 3,5 мм. Дроссель ДрЗ содержит 7 витков того же провода, намотан на оправке диаметром 4,3 мм. Диод VD1 — детекторный сверхвысокочастотный Д-401 или иной аналогичный. Для получения большего количества информации см. [3].
Еще один конвертер на диапазон 1296 МГц
Описание любительской У KB-радиостанции, в которой применен следующий вариант конвертера 1296/144 МГц, приведено в [2].
Конвертер предназначен для приема сигналов в диапазоне 1296-1298 МГц совместно с приемником на диапазон 144-146 МГц. Принципиальная схема конвертера приведена на рис. 5.10.
На транзисторах VT1 и VT2 выполнен двухкаскадный усилитель высокой частоты (УВЧ), при этом усиленный сигнал диапазона 1296 МГц выделяется на контуре C8L3. С этого контура сигнал поступает на смеситель, выполненный на сверхвысокочастотном смесительном диоде VD1 типа Д-401 или аналогичном. С другой стороны на смесительный диод
через конструктивную емкость поступает сигнал частотой 1152 МГц от гетеродина, выделенный на контуре C12L6.
Гетеродинная часть на данной схеме представлена утроителем частоты, выполненным на транзисторе VT3, на который поступает сигнал с частотой 384 МГц через фильтрующие контуры C20L10 и C19L9C18. Недостающую часть гетеродина можно полностью, без каких бы то ни было изменений, заимствовать из описания конвертера на 435 МГц, применив кварц на частоту 8 МГц.
Приведенная схема приемной части конвертера взята из книги С. Г. Жу-тяева «Любительская УКВ-радиостанция» [2], где описывается оригинальная конструкция любительской УКВ-радиостанции. Чтобы повторить эту конструкцию в авторском виде, следует найти эту книгу (ее можно найти в Интернете на московских радиолюбительских страницах) и изучить описание радиостанции. Здесь я хотел только познакомить вас с вариантами двух схем, примененных радиолюбителями.
Налаживание УКВ-аппаратуры
Налаживание УКВ-аппаратуры представляет собой довольно сложный процесс, выполнить который можно только с помощью специальных измерительных приборов. Привожу краткий перечень самодельных приборов, необходимых при настройке аппаратуры УКВ.
• Гетеродинный измеритель резонанса и волномер.
• Измерительная линия.
• Генератор шума.
• Генератор заданных частот.
Гетеродинный измеритель резонанса — волномер
Это один из самых необходимых приборов для настройки на заданную частоту различных колебательных контуров. Многокаскадные гетеродины УКВ-аппаратов можно настроить только при помощи этого прибора. Различные фирменные частотомеры во многих случаях оказываются бессильны там, где только простой волномер способен выполнить настройку.
В радиолюбительской литературе имеется много описаний различных конструкций этого прибора. Сначала гетеродинные измерители резонанса (ГИР) выполнялись на электронных лампах, затем было создано много разных вариантов на транзисторах. Обычно этот прибор включает в себя три функции:
1. Измерение частоты, на которую настроен проверяемый контур. Такое измерение проводится в том случае, если проверяемый контур «обесточен», т. е. контур находится в аппаратуре с выключенным питанием. В
таком случае ГИР работает как обычный генератор электромагнитных колебаний, но при этом колебательный контур этого генератора индуктивно связан с проверяемым колебательным контуром. Изменяя частоту излучаемых ГИРом колебаний, следует наблюдать за показаниями стрелочного индикатора. Как только частота излучаемых колебаний станет равной частоте настройки проверяемого контура, произойдет резкое уменьшение показаний стрелочного индикатора.
2. Измерение частоты, излучаемой проверяемым колебательным контуром. Такое измерение проводится при проверке работающего генератора, например при настройке колебательного контура многокаскадного УКВ-гетеродина. При этом ГИР должен работать в режиме волномера, т. е. колебательный контур ГИРа должен быть индуктивно связан с проверяемым контуром, но входящий в состав ГИРа генератор должен быть выключен. Излучаемые проверяемым контуром электромагнитные колебания наводятся в контуре ГИРа и, как только частота излучаемых колебаний станет равной частоте настройки контура ГИРа, наступает резонанс и показания стрелочного индикатора резко возрастают.
3. Генерируемые ГИРом электромагнитные колебания могут служить и для других целей как колебания любого измерительного генератора, т. е. ГИР может использоваться как обычный генератор высокой частоты (ГВЧ).
На рис. 5.11 приведена принципиальная электрическая схема одной из конструкций радиолюбительского ГИРа, опубликованная в [4].
В моей домашней лаборатории применяется ГИР, выполненный на электронной лампе. Прибор работает очень хорошо уже многие годы. Представленная на рис. 5.11 схема, по моему мнению, тоже может работать очень хорошо. Каскады на транзисторах VT3 и VT4 можно и не делать,
потому что на практике работа в режимах, где используются эти каскады, проводится очень редко. Не буду приводить подробное описание этой конструкции, приведу далее только самые необходимые сведения.
При включении питания тумблером S1 запитывается усилитель постоянного тока на VT1, и прибор работает как обычный волномер. Диод VD3 и резистор R4 предохраняют стрелочный индикатор при «зашкаливании» . Между базой транзистора VT1 и землей можно включить блокировочный конденсатор емкостью в несколько тысяч пикофарад, например, 2200 пФ. Если приблизить сменную катушку L1 к контуру работающего генератора (гетеродин, ГПД), напряжение, наведенное в контуре L1C1C2C3 и выпрямленное детектором на VD1 и VD2, вызовет отклонение стрелки прибора. При настройке контура L1C1C2C3 на частоту генератора показания ИМ будут максимальны, и по шкале можно определить частоту генерируемых колебаний.
При включении S2 подается питание на остальную часть схемы, и прибор используется как гетеродинный индикатор резонанса или как генератор ВЧ-колебаний. Генератор ВЧ собран на VT2. Каскад на VT3 — эмит-терный повторитель для уменьшения влияния нагрузки на частоту генерации при подключении внешнего потребителя ВЧ-энергии. На VT4 собран генератор звуковой частоты. При подключении к «общему« проводу R13 тумблером S3 генератор 34 возбуждается, и осуществляется амплитудная модуляция ВЧ-колебаний генератора на VT2. Такая схема позволила исключить изменение частоты генератора ВЧ при включении модуляции.
Прибор ИМ — стрелочный индикатор от любого магнитофона с током полного отклонения не более 250 мкА. Диоды VD1 — VD3 могут быть любыми германиевыми, например Д2, Д9; в качестве VD3 желательно применить диод типа Д310. СЗ — подстроечный конденсатор с воздушным диэлектриком 1КПВМ-1. К его оси припаян удлиняющий отрезок длиной 15 мм от оси переменного резистора СП-1. Транзистор VT2 — КП305 с любым буквенным индексом, можно заменить на КПЗОЗ, но при этом ухудшится стабильность частоты и уменьшится амплитуда колебаний на частотах 20-30 МГц. Транзисторы VT1, VT3 и VT4 — любые КТ3102 или другие кремниевые высокочастотные: КТ312, КТ315 и т. п.; VT4 и VT1 можно заменить и НЧ-транзисторами. S1-S3 — тумблеры ТП1-2, R1 и R7 — СПЗ-23. Питание подается от аккумуляторной батареи 7Д-01.
К прибору изготавливается необходимое количество сменных контуров. Для получения растянутых поддиапазонов надо подобрать соответствующие емкости С2 и С1; при максимальном перекрытии по частоте они не применяются. Для катушек волномера и ГИРа используются имеющиеся пластмассовые каркасы без сердечников. Намоточные данные не приводятся, так как они зависят от используемых каркасов, конструкции сменных контуров и
желаемых поддиапазонов. Для примера приводим данные сменных контуров ГИР для поддиапазонов 1,8-2 МГц и 28-30 МГц, выполненных на каркасах диаметром 15 мм от контуров приемника Р154 (сердечники удалены): для 160 м — 40 витков, С2 = 39 пФ, С1 = ЮпФ; для 10 м — 4 витка, С2 = 27 пФ, С1 не используется. Намотка — виток к витку, провод ПЭЛ 0,25. При настройке подобрать значение R5 по максимальной амплитуде ВЧ-напряжения на наивысшей частоте генерации — по показаниям индикатора ИМ или ВЧ-вольтметра (осциллографа), подключенного к разъему «Выход ВЧ». Затем проверить генерацию на наименьшей частоте и, если показания индикатора при максимальной чувствительности менее 1/3-1/2 шкалы прибора ИМ, несколько увеличить сопротивление R5. Подбором R6 установить ток коллектора VT3 равным 5-8 мА.
Градуировку шкалы лучше проводить в режиме ГИР, измеряя частоту выходного напряжения, которое снимают с разъема «Выход ВЧ», или по контрольному радиоприемнику.
Измерительная линия
На УКВ и сверхвысоких частотах вместо измерения частоты электромагнитных колебаний очень удобно измерять непосредственно их длину волны X, связанную с частотой f формулой:
X = c/f,
где с — скорость распространения электромагнитных волн в свободном пространстве, близкая к 300 000 км/с. В качестве волномеров на метровых и дециметровых волнах применяют измерительные линии, чаще всего выполненные на базе короткозамкнутых отрезков двухпроводной или коаксиальной линии, а на сантиметровых волнах — объемные резонаторы.
Измерительная линия представляет собой колебательную систему с распределенными по длине индуктивностью и емкостью. По сравнению с резонансными частотомерами она имеет меньшие потери на излучение и значительно большую добротность. Преимущественное применение измерительных линий на УКВ и СВЧ объясняется в основном конструктивными соображениями (длина линии должна быть одного порядка с длиной измеряемых волн).
Наряду с измерением длины волны, измерительные линии также применяются для взаимного согласования различных компонентов устройств СВЧ (антенн, колебательных систем, линий передачи) и измерения их параметров: полного и волнового сопротивлений, коэффициентов стоячей и бегущей волн и др. .
Достоинством измерительных линий является простота их конструкции. Коэффициент перекрытия измеряемых линией длин волн обычно не превышает 1,5, а погрешность измерений достигает 0,1-1% .
Двухпроводные измерительные линии
Двухпроводные измерительные линии применяются для различных измерений резонансным методом на метровых и частично дециметровых волнах. Устройство линии показано на рис. 5.12.
Линия состоит из двух туго натянутых параллельных проводов, подвешенных через изоляторы к неподвижным опорам. Такими опорами могут служить, например, противоположные стены помещения. Линии длиной до 2-3 м часто выполняются переносными. В качестве опор применяются стойки из изоляционного материала, установленные на деревянном основании. Параллельно проводам располагается шкала, отградуированная в единицах длины. Чтобы избежать заметного излучения электромагнитных волн в пространство, расстояние между проводами линии не должно превышать 5% наименьшей измеряемой длины волны. Между проводами линий метрового диапазона волн должно быть расстояние 5-30 см, на дециметровых волнах это расстояние уменьшают до 1-5 см. Вдоль линии может перемещаться металлическая перемычка (мостик) В, замыкающая практически накоротко провода линии; ее часто выполняют в виде пластины, экранирующей действующий участок линии от ее свободной части.
Начало линии посредством витка (петли) Е связывается индуктивно с источником колебаний, длина волны которых X измеряется. При испытании маломощных генераторов допускается непосредственное соединение их выходных зажимов с входом измерительной линии посредством
проводников или коаксиального кабеля (при этом виток связи от линии отключается). Линия связи должна быть согласована с измерительной линией, что достигается при равенстве их волновых сопротивлений. Поэтому измерительную линию обычно выполняют с определенным значением волнового сопротивления, определяемым формулой
р = 276 lg (а/г),
где а — расстояние между центрами проводов линии, аг — радиус сечения проводов. Например, при а = 37 мм и г = 3 мм получаем р ~ 300 Ом.
Под действием ЭДС, наводимой в витке связи, или напряжения, подводимого по кабелю от источника колебаний, в короткозамкнутой линии устанавливаются стоячие волны тока и напряжения. Распределение среднеквадратических значений тока I или напряжения U вдоль линии при фиксированном положении перемычки В примерно соответствует графику в верхней части рис. 5.12. На конце линии всегда имеет место пучность тока и узел напряжения. Пучность тока (напряжения), как и узлы, повторяются через интервалы, равные Х/2. Из-за наличия некоторых потерь в линии по мере удаления от ее начала амплитуда пучностей постепенно уменьшается.
Для определения пучностей служит стрелочный индикатор D, состоящий из высокочастотного диода VD, фильтрующего конденсатора С и магнитоэлектрического измерителя ИП. Если виток связи индикатора расположен параллельно проводам, то связь с линией носит индуктивный характер и индикатор реагирует на ток в линии; при расположении витка связи перпендикулярно проводам связь с линией приобретает емкостный характер и индикатор реагирует на напряжение между проводами. Индикатор можно связать с линией и через конденсатор малой емкости. Для регулировки чувствительности индикатора последовательно или параллельно с его измерителем включают переменный резистор.
При перемещении индикатора вдоль линии связь между ними трудно сохранять неизменной. Поэтому петлю связи индикатора иногда закрепляют неподвижно в начальной части линии, а передвигают перемычку В, вместе с которой перемещается и вся картина распределения стоячих волн. Расстояние между двумя соседними положениями перемычки, при которых показания индикатора минимальны (или максимальны), равно, очевидно, 0,5Х.
Погрешность измерений оказывается наименьшей, если измерительную линию настраивать в резонанс с частотой исследуемых колебаний f = с/Х посредством изменения длины ее короткозамкнутого участка. Резонансная настройка будет иметь место при длине последнего, кратной 0,5Х, т. е. при 0,5Х, X, 1,5Х, 2Х и т. д. Задача измерения сводится к определению положений перемычки В при резонансных настройках.
Резонанс характеризуется сильным возрастанием энергии, отсасываемой измерительной линией от исследуемого генератора. При испытании маломощных автогенераторов реакция последних на резонансную настройку связанной с ними линии проявляется в резком изменении тока в цепях активного элемента — лампы или транзистора. При отсутствии у генератора стрелочного индикатора резонанс можно обнаружить по наименьшей яркости свечения лампочки накаливания, индуктивно связанной с контуром генератора. Таким образом, при измерении методом реакции измерительная линия может не иметь индикатора.
В общем случае положения перемычки В, соответствующие настройке линии в резонанс, можно определять достаточно точно по наибольшей яркости свечения миниатюрной лампочки, включаемой в разрыв перемычки. Для этого перемычку составляют из двух металлических пластин, закрепленных на изоляционном основании и ребрами соприкасающихся с проводами линии, а лампочку помещают на изоляторе между пластинами. Лампочка реагирует на ток 1к в пучности на конце линии, который при перемещении перемычки изменяется в соответствии с графиком на рис. 5.12. При резонансе ток 1к резко возрастает (для линии без потерь он стремится к бесконечности); его амплитуда ограничивается сопротивлением перемычки и потерями в линии и по мере увеличения длины последней постепенно уменьшается. Вместо лампочки в разрыв перемычки можно включить термоэлектрический прибор.
Примером практического применения измерительной линии в радиолюбительской практике может служить приведенная на рис. 5.13 схема одного из вариантов описанной выше измерительной линии, применяющаяся в моей домашней лаборатории. На этом рисунке измерительная линия
А - измерительная линия;
В - петля связи;
С - конденсатор проверяемого контура;
L - индуктивность проверяемого контура.
Рис. 5.13. Схема применения измерительной линии
показана схематично во время настройки колебательного контура, состоящего из емкости С и индуктивности L.
Конструктивно линия выполнена на деревянной рейке длиной 150 см. На концах рейки шурупами прикреплены пластмассовые изоляционные упоры, служащие для подвески проводов. На одном из концов рейки, который является началом линии, между изоляционными стойками укреплена плата из одностороннего фольгированного стеклотекстолита с расположенными на ней элементами измерителя. В качестве измерительного прибора используется подключаемый во время измерений тестер ТЛ-4. К плате также припаяна петля связи, выполненная из отрезка одножильного провода в хлорвиниловой изоляции. Длина провода примерно 20 см. Указанные на схеме ВЧ-дрос-сели имеют каждый по 14 витков провода ПЭЛ-0,4, намотанных на оправке диаметром 4 мм.
В начале измерений короткозамыкающая перемычка должна находиться в начале линии. Петлю связи нужно согнуть таким образом, чтобы на этой петле получился прямолинейный участок, длина которого должна быть немного меньше длины измеряемой индуктивности. Расположите рейку с длинной линией таким образом, чтобы прямолинейный участок петли связи располагался на удалении 1-2 мм от измеряемой индуктивности. При этом, если в измеряемом контуре уже имеется высокочастотная энергия, то стрелка прибора должна немного отклониться от нулевого положения. Перемещая перемычку вдоль линии, наблюдайте за изменениями показаний прибора. В нормальном случае, по мере перемещения перемычки показания прибора должны изменяться от какой-то минимальной величины до какого-то максимума. Следует обратить внимание на те максимумы или минимумы, которые более резко выражены.
Для определения длины волны следует замерить расстояние между двумя соседними максимумами или минимумами. Полученная величина будет равна половине длины волны присутствующей в контуре ВЧ-энер-гии. Пересчет длины волны в частоту выполняется по формуле
f = 30 000/Х,
где f — частота, МГц, X — длина волны, см.
Если, к примеру, измеренное расстояние между двумя соседними максимумами равно 47 см, то длина волны будет равна: X = 47 + 47 = 94 см. Отсюда, значение частоты будет равно 30 000 : 94 = 319,14 МГц.
Для настройки контура в резонанс установите перемычку на положение максимума и изменяйте емкость контурного конденсатора С до получения наибольшей величины показаний измерительного прибора.
Грубая настройка приемной части
После того как была выполнена настройка гетеродина, следует переходить к настройке УВЧ. Однако сначала настройте контур ПЧ, расположенный сразу же после смесителя (если таковой контур имеется в конвертере).
Для настройки УВЧ подайте на его вход сигнал от простейшего генератора шума (рис. 5.14). Можно изготовить и использовать также несколько более сложный прибор, схема которого приведена на рис. 5.15.
При настройке конвертера 29 МГц или 145 МГц сразу же после подключения генератора шума на вход УВЧ на выходе приемника появится шумовой сигнал. Подстроечными органами (конденсаторами) следует добиться максимально возможного усиления шумового сигнала.
Таким путем можно выполнить только грубую настройку. Зачастую такая настройка оказывается достаточной. Точную настройку конвертера и проверку направленных свойств антенны можно выполнить с применением более сложных приборов.
Измерение чувствительности приемника
Чувствительность приемного устройства — это один из самых главных параметров, определяющих потенциальные возможности всей вашей работы. Поэтому представляют большой интерес объективные методы определения и сравнения чувствительности различных приемников.
+12V
>—
R1 1k
R2 750
С1 22
HI—>
Выход 1
VD1 Д814Б
СЗ do 680 rrl
VT1 КТ316
С2 22
HI—>
Выход 2
Рис. 5.14. Принципиальная схема простейшего генератора шума
Самый доступный, а поэтому и самый распространенный способ определения качества приемника — это прослушивание сигналов в эфире. Очевидно, что точность подобных оценок крайне мала, так как уровень сигнала удаленной радиостанции может изменяться в десятки и даже в сотни раз. В случае, если надо сравнить два приемника или подстроить приемник по наилучшему отношению сигнал/шум, удобнее пользоваться источником сигнала, расположенным в пределах прямой видимости. Подобный маяк можно изготовить самому и расположить его у приятеля, проживающего в ближайшем доме, на расстоянии 100-500 м от вашей антенны. Мощность маяка должна быть такой, чтобы сигнал от него только в несколько раз превышал уровень шумов приемника. Тогда путем вращения антенны можно всегда подобрать необходимый уровень сигнала. Кроме того, такой источник полезен для постоянного контроля состояния не только приемника, но и антенно-фидерной системы. По маяку также можно проверить, не сбилась ли градуировка указателя поворота антенны, и оценить общую помеховую обстановку в эфире. В силу того что требуемая мощность маяка очень мала (доли микроватта), его можно сделать достаточно экономичным и в течение длительного времени питать от сухих батарей. Один из возможных вариантов подобного генератора показан на рис. 5.16.
Генератор выполнен на полевом транзисторе и предназначен для диапазона 144-146 МГц. В схеме применен кварцевый генератор на частоту 12 МГц, однако лучше применить кварц на частоту 24 МГц. Можно также установить резонаторы на любую субгармонику частоты 144 МГц. При этом может потребоваться некоторая коррекция емкости конденсаторов С1 и С2. Конструкция полосового фильтра L1C4—L2C6 такая же, как в конвертере для 145 МГц. Регулировка сводится к подбору режима с помощью резистора R2 и настройке полосового фильтра по максимуму сигнала. Генератор следует поместить в небольшую, герметически закрываемую или запаиваемую коробочку, снабженную дипольной антенной.
Одна половина диполя (длиной Х/4) присоединяется к проходному изолятору, а вторая (также длиной Х/4) — к корпусу генератора.
Уровень сигнала надо подбирать перепайкой отводов на линиях L1 и L2 и уменьшением размера антенны. Генератор потребляет ток не более 0,3 мА, поэтому двух батареек от карманного фонаря хватает для непрерывной работы в течение трех месяцев и более.
Аналогичный генератор по этой же схеме можно сделать и на другие диапазоны, для этого нужно только заменить контуры L1C4 и L2C6 на контуры соответствующих диапазонов. Конструкции контуров нужного диапазона можно взять из описанных выше схем УКВ-конвертеров.
На рис. 5.17 приведена схема генератора, аналогичного предыдущему, но этот генератор излучает сразу три испытательных сигнала: сигнал с частотой порядка 144 МГц, сигнал с частотой 432 МГц и сигнал с частотой 1296 МГц. Эту схему создал радиолюбитель из Ярославля Н. Смирнов, UA3MDA [5].
Изображенная на этом рисунке схема мною несколько упрощена по сравнению с авторским вариантом. Кварцевый генератор выполнен на полевом транзисторе VT1. В цепи затвора включен кварцевый резонатор на частоту 12,001 МГц, который связан с контуром через L2 полосового фильтра L2C2C3 — L1C1C3, настроенного на частоту 144,012 МГц. В цепи истока транзистора VT1 включен колебательный контур L4C5, настроенный на частоту 36,003 МГц. L4 холодным концом соединяется с корпусом через L5 полосового фильтра L5C11C12 — L6C12C13, настроенного на частоту 432,036 МГц. Контур L3C4 в стоке транзистора VT1 настроен на частоту 108,009 МГц. Холодный конец L3 соединяется с корпусом по ВЧ
через L7 полосового фильтра L7C6C8 — L8C8C10, настроенного на частоту 1296,108 МГц, и блокировочные конденсаторы С7 и С9. К выходам 1,2 и 3 можно через куски коаксиального кабеля подсоединять дипольные антенны или петлю связи.
Если сигнал этого генератора используется в качестве маяка, то для удобства обнаружения сигнала маяка его можно модулировать каким-либо сигналом. UA3MDA использует в качестве модулятора электронный ключ на транзисторе КТ315, управляемый формирователем телеграфного кода буквы «Ж». Формирователь выполнен на микросхемах серии К561. Полное описание конструкции дано в [5].
Связь прибора с настраиваемым устройством осуществляется посредством измерительной антенны или петли связи на конце коаксиального кабеля, подключенного к одному из выходных разъемов.
Маячок смонтирован на дне коробки глубиной 40 мм, спаянной из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, сверху закрытой крышкой. Конденсатор С8 выполнен из куска провода диаметром 0,8-1,0 мм. Катушка L4 намотана на каркасе диаметром 5 мм проводом ПЭВ-0,3 мм, число витков 18. Подстройка осуществляется сердечником из карбонильного железа с резьбой М4. Катушка L3 бескаркасная, намотана посеребренным проводом диаметром 0,8-1,0 мм на оправке диаметром 8 мм, число витков 6, длина намотки 15 мм.
В маячке применены конденсаторы типов КМ, КТ и КПК-М. Полевой транзистор VT1 можно заменить на КПЗОЗ, но при этом снизится уровень излучаемого сигнала на частоте 1296 МГц. Выводы конденсаторов С6 и С7 должны быть минимальной длины. Настройка прибора заключается в подстройке контуров L4C5, L3C4 и полосовых фильтров на соответствующие частоты, перечисленные выше.
Применение подобных вспомогательных источников сигнала позволяет достаточно объективно оценить чувствительность приемника. Но если вас интересует абсолютная оценка качества имеющегося приемника, выраженная в цифровых величинах, тогда следует серьезно заняться изучением методов измерения чувствительности. Как уже говорилось, наиболее универсальным параметром, позволяющим характеризовать чувствительность приемника, является коэффициент шума. Для измерения коэффициента шума необходимо иметь калиброванный источник шумового сигнала. В качестве такого источника нашел широкое применение ламповый диод, работающий в режиме насыщения анодного тока.
Промышленность выпускает специальный диод типа 2Д2С, пригодный для шумовых измерений в диапазоне до нескольких сотен мегагерц. Основное достоинство подобного источника заключается в том, что он имеет однозначную зависимость между интенсивностью генерируемого шума
и анодным током диода. Эта зависимость описывается простым выражением:
N = 2O,5IoRkTo,
где N — мощность шума на единицу полосы пропускания, Вт/Гц; 10 — анодный ток, A; R — сопротивление нагрузки, Ом; к — постоянная Больцмана; То — температура окружающей среды (произведение кТ0 равно мощности тепловых шумов активного сопротивления, нагретого до температуры То); 1кТ0 = 4 х 10"21 Вт/Гц; коэффициент 20,5 имеет размерность 1/В.
Из формулы видно, что миллиамперметр генератора шума, измеряющий анодный ток шумового диода, может быть отградуирован непосредственно в единицах кТ0
Достаточно подробно методика измерения шумовой характеристики УКВ-приемника (или в данном случае конвертера) описана в [1] и другой специальной аппаратуре.
Описанная в этой главе УКВ-аппаратура может оказать реальную помощь в начале длительного и нелегкого пути освоения спутниковой связи. Научиться принимать сигналы от спутников — это еще только половина дела. Вторая половина заключается в организации передачи сигналов на спутник и установлении двусторонней радиосвязи.
Будем надеяться на то, что в нашей стране найдутся предприниматели, которые организуют серийное изготовление нужной радиолюбительской аппаратуры. А пока нужно рассчитывать только на свои силы и способности или на покупку импортной аппаратуры.
Глава 6. Антенны для связи с ИСЗ
Основные особенности
Антенна является самым эффективным и самым надежным усилителем принимаемых сигналов, поэтому вопросом выбора антенны нужно заниматься с большой ответственностью.
Эта глава предназначена для радиолюбителей, начинающих интересоваться вопросами радиосвязи через ИСЗ, и должна познакомить их с основными особенностями антенн, применяющихся при связи с ИСЗ.
• Первая особенность заключается в необходимости учитывать поляризацию излучаемых и принимаемых антенной радиоволн.
• Вторая особенность — антенна должна быть постоянно ориентирована на спутник.
Немного о поляризации радиоволн
Среди радиолюбителей и в радиолюбительской литературе бытует довольно примитивное объяснение явления поляризации. Считается, что если прямолинейная антенна (длинный провод или диполь) расположена горизонтально, то такая антенна излучает и принимает радиоволны, имеющие горизонтальную поляризацию. Если прямолинейная антенна расположена вертикально (штыревая антенна), то такая антенна излучает и принимает радиоволны с вертикальной поляризацией. Хотя такое объяснение является довольно упрощенным, оно не противоречит волновой теории электромагнитных колебаний и имеет право на существование.
Установлено, что при приеме вертикально поляризованных сигналов на антенну с горизонтальной поляризацией происходит потеря по мощности на 3 дБ, что равносильно ухудшению приема в два раза по сравнению с приемом этого же сигнала на антенну с вертикальной поляризацией.
ИСЗ, не имеющий системы стабилизации, в процессе полета по орбите вокруг Земли еще и вращается вокруг какой-то своей оси. Поэтому установленная на ИСЗ антенна постоянно меняет свою ориентацию относительно поверхности Земли: в какой-то период времени она располагается горизонтально , в другой — вертикально. Считается, что в подобном случае, когда антенна непрерывно изменяет свою ориентацию по отношению к поверхности Земли, такая антенна излучает или принимает радиоволны с вращающейся (круговой) поляризацией. Существуют левая и правая круговая поляризация.
Если вы не хотите иметь потерь мощности при приеме сигнала, то для приема и излучения радиоволн с вращающейся поляризацией должны
применять специальные антенны, допускающие эту самую круговую поляризацию.
В радиолюбительской практике имеются антенны, которые по своей конструкции предназначены для приема и излучения радиоволн с круговой поляризацией, и антенны, которые специальными методами приспосабливаются для приема таких волн. К первому типу антенн относятся спиральные и параболические антенны. Эти антенны по своей конфигурации изначально предназначены для приема или излучения радиоволн с круговой поляризацией. В качестве специальных методов для искусственного создания круговой поляризации можно применить две прямолинейные одинаковые антенны (например, два одинаковых волновых канала), из которых одна устанавливается горизонтально, а другая — вертикально, при этом антенны запитываются со сдвигом фазы на величину четверти длины волны.
Некоторые из конструкций антенн, удобных для работы с ИСЗ, будут описаны ниже.
Немного о направленности антенн
Естественно, что чем выше коэффициент усиления антенны, тем более мощный сигнал можно получить на выходе радиоприемника. Но следует учитывать, что пропорционально росту усиления антенны сужается передний лепесток диаграммы направленности антенны и сужается полоса излучаемых или принимаемых антенной частот. Если антенна имеет очень узкий передний лепесток, то такую антенну трудно точно ориентировать на ИСЗ, и может получиться так, что весь выигрыш от увеличения усиления будет потерян за счет не точной ориентации антенны на спутник. Вывод можно сделать один — антенну с высоким усилением можно использовать только тогда, когда вы имеете специальное устройство для точной ориентации антенны на спутник.
Если вы приняли решение изготовить многоэлементную антенну типа волновой канал, то следует принять во внимание тот факт, что большинство описанных в радиолюбительской литературе таких антенн рассчитаны на применение в низкочастотной части заданного диапазона частот, а частоты аппаратов ИСЗ располагаются в высокочастотной части диапазона. Например, на диапазоне 432 МГц большинство любительских радиостанций работает на участке от 432 до 433 МГц, в то время как для ИСЗ предназначены частоты от 435 МГц и выше. Следовательно, нужно решить вопрос о необходимости корректировки размеров различных элементов антенны. При этом чем больше расчетное усиление антенны, тем уже полоса принимаемых и излучаемых ею частот и тем серьезнее нужно подходить к проведению коррекции размеров. Иначе вместо ожидаемого улучшения параметров можно получить противоположный вариант.
Эффективность антенны и антенные усилители
Эффективность любой антенны находится в прямой зависимости от ее геометрических размеров. Но при больших размерах возникают вопросы механической прочности и жесткости конструкции. Тем не менее, повышение эффективности антенны — это единственный, не имеющий ограничений путь увеличения энергетического потенциала приемника и всей радиостанции.
Для более полного понимания процесса ниже приведу некоторое математическое обоснование. Достаточно подробно этот вопрос описан в [1].
Любую антенну можно представить в виде эквивалентной площадки, стоящей на пути распространения радиоволн. Следующая формула говорит о том, что чем больше геометрическая площадь антенны, тем больше коэффициент её усиления:
G = 4лв/Х2,
где G — усиление антенны по отношению к изотропному излучателю; S — эквивалентная площадь, м2; X — длина волны, м.
С точки зрения приведенной формулы и энергетики совершенно неважно, какую форму будет иметь эквивалентная площадка: будет ли она круглая, квадратная или будет иметь форму вытянутого прямоугольника. В любом случае при равной площади будет равный коэффициент усиления. В то же время форма эквивалентной площадки оказывает самое непосредственное влияние на диаграмму направленности этой антенны. Так, ширина главного лепестка диаграммы направленности может быть связана с линейными размерами площадки следующим приближенным выражением:
А© =50Х/1,
где А© — ширина главного лепестка по уровню -3 дБ, град; X — длина волны, м; 1 — линейный размер эквивалентной площадки в плоскости измерения диаграммы направленности, м.
Эта же формула, переписанная в другом виде, позволяет по известной диаграмме направленности антенны оценить размеры эквивалентной площадки:
1 = 5ОХ/А0.
Пусть, например, испытания антенны диапазона 435 МГц показали, что ширина диаграммы направленности равна 25° в горизонтальной плоскости и 20° в вертикальной. Легко определить, что эквивалентная площадка будет иметь размер 1,4 м по горизонтали и 1,75 м по вертикали.
Очень часто для повышения коэффициента усиления антенной системы радиолюбители располагают несколько одинаковых антенн рядом друг с другом и подключают их к одному фидеру. Такие антенные системы на
зываются антенными решетками и могут иметь очень большие величины коэффициентов усиления.
Для расчета антенной системы, состоящей из нескольких простых одинаковых антенн, как раз и предназначены приведенные выше формулы. Эти формулы и такие оценки очень удобны для представления процессов, если предполагается увеличивать коэффициент усиления за счет соединения нескольких антенн в антенную решетку. Так, для рассмотренного выше примера расстояние между соседними этажами решетки должно равняться 1,75 м, а между соседними рядами — 1,4 м. При меньших расстояниях эквивалентные площадки будут взаимно перекрываться, и общий коэффициент усиления будет меньше суммы коэффициентов усиления всех антенн. При больших расстояниях появятся зазоры между отдельными площадками. В результате общее усиление возрастать не будет, зато будут неоправданно увеличиваться габариты антенны. При этом в главном лепестке диаграммы направленности появляются провалы, разбивающие его на несколько составляющих.
Итак, если вы решили для повышения коэффициента усиления создать антенную решетку из нескольких простых одинаковых антенн, то обязательно учтите необходимость правильного выбора расстояния между простыми соседними антеннами.
Теперь следует несколько слов сказать еще об одном факторе, от которого зависит эффективность антенны. Нужно знать, что в общем случае коэффициент усиления является произведением коэффициента направленного действия антенны (КПД) и её коэффициента полезного действия (КПД): G = Kt],
где К — КПД антенны; ц — ее КПД. Таким образом, недостаточно сделать антенну большой площади, надо еще суметь всю энергию, падающую на эту площадь, с минимальными потерями доставить потребителю данной энергии, т. е. на вход приемника. При создании любых антенн следует помнить о принципе взаимности, который говорит об эквивалентности параметров антенны в режиме приема и передачи. Принцип взаимности можно сформулировать следующим образом: «Диаграмма направленности или КПД антенны не зависят от того, используется эта антенна для приема или для передачи».
Излучение электромагнитной энергии связано с протеканием высокочастотного тока по элементам антенны, поэтому потери в самой антенне определяются омическими потерями в металлических элементах. Большое влияние на коэффициент полезного действия антенно-фидерного тракта оказывают потери в кабельных линиях Эти надо обязательно учитывать при оценке энергетического потенциала как отдельного радиоприемника, так и радиостанции в целом, т. е. при работе как на прием, так и на передачу.
Следует помнить, что с ростом частоты потери в подводящем кабеле сильно возрастают. Так, например, 20-метровый отрезок кабеля типа РК-75-4-11 ослабляет проходящий по нему сигнал на частоте 144 МГц в 2,1 раза (3,2 дБ), на частоте 432 МГц - в 3,4 раза (5,4 дБ), а на частоте 1296 МГц — в 13 раз (11,2 дБ). Как видим, на высокочастотных диапазонах потери возрастают до недопустимых значений. К тому же здесь приведены данные для идеального случая, когда отсутствуют отражения на концах линии, т. е. для случая, когда входное сопротивление антенны равно волновому сопротивлению кабеля. Если же сопротивление нагрузки (антенны) отличается от волнового сопротивления кабеля, то часть энергии отражается от конца кабеля в месте его соединения с антенной и движется в обратном направлении.
Итак, потери в фидере оказывают существенное влияние на потенциальные возможности как приемника, так и всей радиостанции. В результате этого влияния могут быть сведены на нет усилия, затраченные на изготовление большой и сложной антенны. И если в режиме передачи еще можно как-то компенсировать потери в фидере за счет увеличения мощности, то в режиме приема потери носят необратимый характер. Разрешить данную проблему помогают антенные усилители, расположенные в непосредственной близости от антенны. Особенно оправдано применение антенных усилителей при связях с ИСЗ, когда для приема и передачи используются различные антенны и частоты.
Вопрос о необходимости применения такого усилителя для обеспечения нормального режима работы входной цепи приемника надо решать в каждом конкретном случае, сравнивая внешние шумы антенны и внутренние шумы приемника. Для сравнения надо подключить вместо антенны резистор, сопротивление которого равно волновому сопротивлению фидера. Если даже в самые благоприятные ночные часы шумы антенны заметно (в 2 раза и более) превышают шумы резистора, применять антенный усилитель не следует. Кроме того, лишний каскад усиления сделает приемник более уязвимым по отношению к помехам от близких радиостанций.
Схемы антенных усилителей можно позаимствовать из схем конвертеров соответствующих диапазонов, описания которых были приведены в предыдущей главе.
На рис. 6.1 представлена принципиальная электрическая схема антенного усилителя для диапазона 145 МГц. Усилитель должен быть смонтирован в запаянном металлическом кожухе и расположен в непосредственной близости от клемм подключения антенны.
От схемы УВЧ, входящего в состав конвертера на 145 МГц (гл. 5, разд. «Конвертер для диапазона 145 МГц»), схема этого усилителя отличается наличием диода VD1 и высокочастотного дросселя Др. 1. Диод служит для
Рис. 6.1. Схема антенного усилителя 145 МГц
предотвращения пробоя транзистора наводками от работающего передатчика, а через дроссель подается питание на транзистор. Подача питания на транзистор может быть выполнена непосредственно по кабелю, соединяющему антенну с приемником. На входе приемника следует дополнительно разместить цепочку, состоящую из конденсатора С4 и ВЧ-дросселя Др.2, которая показана на схеме справа. Подведенное через дроссель Др.2 напряжение подается по кабелю на транзистор усилителя и обеспечивает нормальную работу антенного усилителя.
Точно по такому же принципу можно изготовить антенный усилитель и для других диапазонов. ВЧ-дроссели должны изготавливаться из куска провода длиной (0,2-0,1)А,. Провод нужной длины наматывается плотно, виток к витку, на оправку удобного диаметра (2,5-4 мм), а затем получившаяся катушка снимается с оправки и растягивается таким образом, чтобы между витками были зазоры по 1-2 мм.
При настройке антенного усилителя обязательно проверьте, не создает ли диод VD1 дополнительного шума. Если шум при подключении диода усиливается, то диод следует убрать и попытаться обойтись без него. С. Г. Жутяев в [2] советует применить схему антенного усилителя, выполненного на мощном многоэмиттерном транзисторе типа КТ911А или КТ610А. При этом необходимость в защитном диоде отпадает. Один из вариантов схемы такого антенного усилителя приведен на рис. 6.2.
Рис. 6.2. Схема антенного усилителя на мощном транзисторе
Катушка L1 для диапазона 145 МГц имеет два витка посеребренного провода диаметром 1,0 мм. Диаметр оправки равен 10 мм. Настройку усилителя следует начинать с установки режима транзистора по постоянному току. Подбором резистора R1 надо добиться, чтобы коллекторный ток транзистора составил 15-25 мА. Далее антенный усилитель через отрезок кабеля нужной длины надо подключить к входу приемника и настроить с помощью конденсаторов С1 и С2 на наилучшее значение коэффициента шума.
Этот антенный усилитель имеет следующие характеристики:
• коэффициент усиления около 20 дБ;
• коэффициент шума 1,5-1,8.
В режиме передачи желательно снимать напряжение питания с транзистора VT1, а еще лучше соединять провод питания антенного усилителя с землей, чтобы предотвратить выход из строя последующих каскадов усиления.
Антенный усилитель для диапазона 1296 МГц описан в журнале «Радио» № 8 за 2002 год в статье «Антенный усилитель диапазона 1296 МГц».
Специальные антенны
На протяжении многих лет наибольшей популярностью среди радиолюбителей пользуются антенны типа «волновой канал», известные также как «директорные антенны» и «антенны Уда-Яги». Эти антенны относятся к классу антенн с осевым излучением, имеют наилучшее отношение усиления к массе и к тому же очень просты по конструкции.
Описания таких антенн широко распространены и, по моему мнению, имеются у каждого радиолюбителя. Поэтому здесь я приведу описания только специальных антенн, наиболее удобных для связи с ИСЗ. '
Спиральная антенна
Спиральная антенна образована проводником, расположенным в пространстве по цилиндрической винтовой линии с шагом s и числом витков и. Эти антенны являются широкополосными, их частотный диапазон (для цилиндрических спиралей) может достигать 30% средней частоты. Входное сопротивление спиральных антенн высоко (120-150 Ом), и для их питания следует применять широкополосные согласующие устройства или несимметричные фидеры с большим волновым сопротивлением.
Спиральные антенны имеют излучение с вращающейся поляризацией, что особенно важно при использовании такой антенны для радиосвязи с ИСЗ. Вращающаяся поляризация более выражена у многовитковых антенн.
Конструктивно спиральные антенны могут иметь цилиндрическую или коническую форму, равный или изменяющийся шаг между витками. Другие их параметры также могут быть различными. В радиолюбительской практике наибольшее применение получили цилиндрические спиральные антенны с постоянным шагом (рис. 6.3).
Антенна используется в режиме излучения вдоль оси спирали от точки питания к свободному концу, что имеет место при числе витков и > 3, длине каждого витка 1,3 > L/X> 0,75 и угле подъема спирали 12° < а <16°. При этих условиях вдоль антенны устанавливается бегущая волна.
Для получения излучения в одном направлении применяется дисковый рефлектор квадратной или круглой формы, имеющий поперечное сечение 2R = (0,6-1,0)Х. Рефлектор может быть сплошным, сетчатым или сделан из радиальных стержней, или в форме «паутины». Наибольший размер ячейки в сетчатом рефлекторе не должен превышать 0,1Х. Антенна имеет оптимальные характеристики при следующих значениях параметров:
• угол подъема а = 14°;
• шаг спирали, отнесенный к длине волны, s/X = 0,24;
• число витков и = 6.
Расстояние от начала спирали до рефлектора выбирают равным 0,13Х.
Для приема излучения с линейной поляризацией можно применять антенну, состоящую из двух близко расположенных спиралей с параллельными осями, намотанных в противоположные стороны. Если эти спирали расположить в горизонтальной плоскости, то можно принимать волны с горизонтальной поляризацией, а в вертикальном положении — с вертикальной поляризацией. Антенна из двух параллельно расположенных и параллельно соединенных спиралей дает возможность получать вход-
Рис. 6.3. Схема спиральной антенны
5 Зак. 1126
ное сопротивление RBX = (65-80) Ом, что удобно при питании ее через обычный коаксиальный кабель без согласующих устройств. Если одиночная спиральная антенна используется для приема радиоволн с горизонтальной или вертикальной поляризацией, то при расчете КНД следует из полученного значения КНД вычесть 3 дБ.
Спиральная антенна имеет меньшие размеры, чем антенна «волновой канал», и способна работать в значительно большей полосе частот. Расчет параметров спиральной антенны можно проводить по следующим эмпирическим формулам:
• Входное сопротивление спиральной антенны, Ом
RBx = 140L/X.
• КНД антенны:
G==15(L/X)2 ns/X.
• Ширина диаграммы направленности на уровне половинной мощности (на уровне 3 дБ), град.:
A0o>5 = 52/(LA)^ns/X ,
где s/X — шаг спирали, отнесенный к длине волны; L/X — относительная длина одного витка; и — количество витков спирали.
• Длина спирали связана с ее шагом и числом витков выражением:
ns/X = 1/Х,
где 1/Х — относительная длина спирали.
• При необходимости можно определить расположение «нулей» диаграммы направленности по формуле:
А©0 — 2,2А0О 5.
В литературе [6] приведены следующие величины коэффициентов усиления цилиндрических спиральных антенн в зависимости от числа витков:
Число витков Коэффициент усиления, дБ Число витков Коэффициент усиления, дБ
3 10,1 7 13,8
4 11,3 8 14,4
5 12,3 9 14,9
6 13,1 10 15,3
Примеры спиральных антенн
1. Спиральная антенна для диапазона X = 70 см имеет шаг s = 15,4 см, число витков и = 7 и длину витка L = 54,5 см (диаметр спирали D = 16,7 см). Таким образом, отношение L/X= 0,78, s/X = 0,22. Другие параметры: 1/Х = 1,54 (т. е. 1 = 108 см), RBX= 109 Ом, G = 11,4 дБ, А0О 5= 53,8° (можно вычислить расположение нулей А0О = 120°).
2. Одна из описываемых в любительской литературе спиральная антенна для диапазона X = 200 см имеет шаг s = 50 см, число витков и = 3 и длину витка L = 204 см (диаметр спирали D = 65 см), расстояние от начала витка до рефлектора равно 41 см. Дисковый рефлектор выполнен из металлического листа и имеет диаметр 120 см. Антенна выполнена из металлической трубки диаметром 6 мм.
Спиральная антенна для 1296 МГц
В [6] и [7] описана спиральная антенна на 1295 МГц, предложенная U18AAD и U18ABW. Она имеет четыре спирали, установленные на общем щите-рефлекторе. Поляризация поля круговая. Такая антенна достаточно широкополосная и может применяться в диапазоне 1215-1300 МГц.
Поскольку описание антенны приводилось во многих источниках, здесь я ограничусь только перечислением некоторых основных размеров антенны.
• Диаметр витков спирали выбран (с учетом коэффициента укорочения) 0,31Х. Угол подъема спирали 14°, что соответствует расстоянию между витками 0,241; при этом антенна имеет оптимальные электрические параметры.
• Каждая спираль состоит из семи витков, выполнена из посеребреного медного провода диаметром 3,5 мм. Диаметр намотки 71,3 мм, намотка всех четырех спиралей выполнена в одну сторону. Щит-рефлектор имеет размеры 600 х 600 мм и изготовлен из твердого дюралюминия толщиной 2 мм.
Следует отметить, что антенна остронаправленная в обеих плоскостях и требует при установлении связи с ИСЗ вращения как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях.
Зеркально-параболическая антенна
Зеркально-параболическая антенна состоит из отражающего металлического зеркала в форме параболоида вращения и излучателя, помещенного в его фокусе. Антенны этого типа относятся к классу синфазных: в любой точке воображаемой плоскости раскрыва зеркала электромагнитное поле синфазно. Синфазность поля определяется свойствами параболы: сумма расстояния от фокуса до любой точки параболы и от этой точки до плоскости раскрыва всегда постоянна. Падающий на зеркало антенны пучок электромагнитных колебаний отражается от поверхности зеркала, имеющего форму параболоида вращения, и концентрируется в точке фокуса (рис. 6.4). Схема зеркально-параболической антенны изображена на рис. 6.5.
Рис. 6.4. Концентрации сигнала в фокусе зеркала
Чтобы построить параболическое зеркало, необходимо изготовить шаблон соответствующих размеров, связанных уравнением параболы у2 = 4Fx (в прямоугольных координатах)
или
р = 2F/(1 + cos ср) (в полярных координатах),
где F — фокусное расстояние.
Глубина зеркала Н (расстояние от его вершины до плоскости раскрыва), диаметр зеркала D и его фокусное расстояние F связаны зависимостью: H = D2/16F.
При конструировании зеркально-параболических антенн важное значение имеет еще один параметр — угловая апертура Ф — угол, под которым виден раскрыв зеркала из его фокуса. Знание этого угла необходимо для правильного расположения облучателя и выбора его диаграммы направленности. Если главный лепесток диаграммы направленности облучателя меньше угловой апертуры Ф, то поверхность зеркала облучается не полностью, мал коэффициент использования поверхности (КИП) Q и при одинаковых условиях антенна имеет меньший КПД G. Если ширина главного лепестка диаграммы направленности облучателя больше Ф, то часть энергии проходит мимо зеркала, и КПД антенны падает. Кроме того, у антенны появляются сильные боковые лепестки. Обычно стремятся делать облучатель таким, чтобы на края раскрыва (на края зеркала) попадало 0,1 мощности, идущей в главном направлении.
Угловая апертура Ф связана с фокусным расстоянием и диаметром зеркала на основании предыдущей формулы следующим соотношением: tg (Ф/2) = (D/2F)/(1 - D2/16F2).
Пример 1. Параболическое зеркало должно иметь диаметр раскрыва D = 110 см и фокусное расстояние F = 40 см. Глубина параболоида Н = 19 см. При этом угловая апертура Ф = 138°.
При построении шаблона параболоида следует задавать значения х и определять по формуле соответствующие им значения у, а затем по полученным точкам строить параболу. В случае полярных координат, по значениям угла ф находят соответствующие им значения р. Если параболоид выполнен на проволочном каркасе, то по значениям х и у определяют размеры и форму радиальных парабол и круговых поясов (т. е. кроме х и у задают также D). Каркас обтягивают хорошо пропаянной сеткой из медной проволоки.
Коэффициент направленного действия G зеркально-параболических антенн прямо пропорционален площади раскрыва S, коэффициенту использования поверхности Q и обратно пропорционален квадрату длины волны X. Чем уже диаграмма направленности облучателя, помещенного в
фокусе зеркала, тем большее значение G имеет зеркально-параболическая антенна. При этом уровень боковых лепестков уменьшается. Так, например, если в качестве облучателя установлен полуволновой вибратор с рефлектором, то КНД G будет меньше, а уровень боковых лепестков выше, чем при использовании в качестве облучателя более направленных антенн (типа «волновой канал», спиральных и др.).
КНД зеркально-параболической антенны определяется по формуле:
G = 4ttQ(S/X2),
где S = ttD2/4 для антенны с круглым раскрывом.
Эти формулы дают возможность по заданным значениям D (или S) и Z определить КНД G для различных значений КИП Q (т. е. для различных распределений высокочастотных токов в раскрыве), что, как уже говорилось, зависит от типа облучателя.
Практически трудно получить Q > (0,6-0,7). Для облучателя в форме полуволнового вибратора с рефлектором максимальное значение Q « 0,56.
Пример 2. Антенна D = 110 см на волне X = 24 см имеет расчетный КНД G = 20,5 дБ. При этом согласно отношению D/X = 4,6 ширина диаграммы направленности на уровне 3 дБ составляет А0О 5 « 20°.
Параболоцилиндрическая антенна
Предлагаю вам для рассмотрения и использования разработанную мною конструкцию параболоцилиндрической зеркальной УКВ-антенны. Принцип работы этой антенны аналогичен принципу описанной выше зеркально-параболической антенны. Антенна состоит из зеркального рефлектора и коллинеарного облучателя, размещенного на линии фокуса. Разница заключается в форме поверхности зеркала рефлектора. Такое сложное название — «параболоцилиндрическая» — применено потому, что зеркало рефлектора выполнено в виде части цилиндра, у которого поперечное сечение имеет форму параболы, а не форму части окружности (дуги), как у обычного цилиндра. Такая конструкция рефлектора позволяет при очень узкой диаграмме направленности в вертикальной плоскости иметь довольно широкую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости. Подобная форма переднего лепестка диаграммы направленности антенны очень удобна для радиостанций, не имеющих устройства точной ориентации антенны на ИСЗ.
Еще одно достоинство этой конструкции заключается в возможности реализовать работу антенны на нескольких частотах за счет одновременного применения нескольких облучателей. Других подобных конструкций мне нигде в литературе не встречалось, поэтому данную конструкцию для упрощения можно назвать «антенна RA3XB». Схема антенны приведена на рис. 6.6.
Конструктивно антенна выполнена в виде деревянного (или пластмассового) каркаса, состоящего из рамки А, двух стоек В и пластины для крепления облучателей С. К рамке А крепятся специальные скобы Е. Эти скобы выполнены из стальной проволоки, изогнутой точно по рассчитанной форме параболы. Количество скоб может быть любое, но не менее трех. На концах скоб нарезается резьба для крепления их в отверстиях, просверленных в рамке А. Вариант крепления показан внизу, в центре. Для крепления на каждый конец скобы навинчиваются по две гайки (деталь 1) с шайбами (деталь 2). Диаметр проволоки для изготовления скоб выбирается в зависимости от габаритных размеров антенны, но не менее 4 мм. Если проволока тонкая, следует увеличить количество скоб.
К скобам Е и рамке А крепится зеркало рефлектора D. Крепление рефлектора к скобам может быть выполнено обычными скобочками из более тонкой проволоки, а к рамке А — шурупами. Рефлектор изготавливается из металлического листа (лучший вариант — алюминиевый лист) или пластмассового листа (жесткий линолеум), отражающая поверхность которого должна быть оклеена алюминиевой фольгой. В самом крайнем случае для временного варианта можно применить картон. В этом случае
отражающая поверхность листа должна быть оклеена алюминиевой фольгой, а обратная — полиэтиленовой пленкой для защиты от влаги.
Я специально не привожу какие-то геометрические размеры конструкции. Дело в том, что все размеры зависят от выбора размеров f и d, а все остальные размеры получаются в результате расчета. В качестве одного из вариантов можно взять эти размеры из конструкции ранее описанной зеркально-параболической антенны (f = 400 мм, d = 1100 мм).
Горизонтальный размер 1 зависит от размера выбранного облучателя. Если в зеркально-параболической антенне вся энергия принимаемых сигналов концентрируется в одной точке фокуса, то в параболоцилиндрической вся энергия концентрируется на линии фокуса. Поэтому самым удобным для применения может быть облучатель, составленный из нескольких коллинеарных диполей, т. е. диполей, расположенных на одной линии и соединенных друг с другом через согласующие устройства. Схема самого простого из таких облучателей приведена на рис. 6.7.
Подобные конструкции часто используются радиолюбителями в виде вертикальных антенн с круговой диаграммой направленности на диапазоне 144 МГц. Такая антенна очень хорошо согласуется с кабелем и исключительно удобна для проведения местных радиосвязей. Антенна может быть изготовлена из медного провода диаметром 2-Змм. Коаксиальный кабель подключается непосредственно к точкам X и XI, при этом к точке X подсоединяется оплетка кабеля, а к точке XI — центральная жила. При желании можно выполнить более точную настройку антенны путем перемещения точек подключения кабеля вниз или вверх (по схеме) при одновременном контроле излучаемой мощности или коэффициента стоячей волны. Диполи антенны самого низкочастотного диапазона должны располагаться относительно рефлектора таким образом, чтобы между боковой кромкой рефлектора и проекциями на рефлектор концевых точек диполей оставалось пространство не менее Х/10. Следовательно, габаритный горизонтальный размер 1 должен быть равен сумме длин диполей плюс 2Х/10.
Рис. 6.7. Схема простого облучателя из двух коллинеарных диполей
Если этот размер окажется слишком большим, то можно взять другую конструкцию облучателя, в которой каждый из диполей имеет длину (Х/2)К и они связаны между собой четвертьволновыми трансформаторами. Такая схема компоновки коллинеарной антенны является классической (рис. 6.8). Ее можно применись в качестве облучателя антенны RA3XB на любых У КВ-диапазонах.
Так что выбор конструкции облучателя обширный, не исключены также самые различные варианты совмещений и размещений. Поэтому и габаритный размер по горизонтали может иметь любое удобное для вас значение.
Для размещения облучателя в конструкции антенны RA3XB специально предназначена планка С, расположенная точно по линии фокуса. Изготовленный из медного провода облучатель крепится к планке С в нескольких местах капроновыми нитками или изолентой. На планке С можно расположить сразу несколько облучателей для работы в различных диапазонах. Например, сверху планки С располагается облучатель диапазона 435 МГц, а снизу — облучатели диапазона 1296 МГц и диапазона 2400 МГц.
При расчете длины диполей облучателя следует учитывать величину укорочения длины диполя в зависимости от диаметра провода, из которого предполагается изготавливать этот диполь. На У КВ-диапазонах принято проводить расчет длины диполя с учетом коэффициента укорочения К, который находится в определенной зависимости от отношения X/d. В табл. 6.1 приведены значения коэффициента укорочения К для некоторых отношений X/d. Промежуточные значения К можно выбрать примерно, в зависимости от двух соседних значений.
При изготовлении каркаса антенны следует обратить внимание на обеспечение достаточной жесткости стоек В. Для этого можно установить дополнительные укосины, показанные на схеме антенны штриховыми линиями. На стойках В можно также разместить коробки с антенными усилителями.
Таблица 6.1. Коэффициенты укорочения диполя
X/d 30 40 50 60 80 100 200 300 400 900 2000 5000
К 0,85 0,87 0,88 0,89 0,90 0,907 0,93 0,94 0,95 0,96 0,97 0,98
Коэффициент направленного действия антенны рассчитывается по формуле:
G = 4rcS/X2,
где S — площадь раскрыва антенны, S = dl; X — длина волны.
При расчетах длина волны и геометрические размеры должны быть в одних единицах измерения. Обычно используются сантиметры.
Проведем прикид очный расчет КНД антенны для различных диапазонов: 435 МГц (длина волны 69 см), 1296 МГц (длина волны 24 см) и 2400 МГц (длина волны 12 см). Расчет проводим для величины площади раскрыва S = dl = 110 х 140 = 15 400 см2; 4nS = 193 424 см2. Результаты расчета приведены в табл.6.2.
Увеличив размер раскрыва антенны d до 150 см, можно значительно увеличить ее КНД. Результаты расчета КНД антенны RA3XB при d = 150см приведены в табл. 6.3. Площадь S = dl = 150 х140 = 21 000 см2; 4nS = 263 760 см2.
Выполненный расчет показывает, что даже небольшое увеличение раскрыва антенны значительно увеличивает направленные свойства, а значит и коэффициент усиления антенны.
Огромное преимущество этой антенны по сравнению с антенными решетками в том, что антенну RA3XB не нужно настраивать. Те, кто пытался получить хорошие результаты при настройке длинных директорных антенн или антенных решеток, оценят такое преимущество.
Прикидочными расчетами получено, что угол диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости на 435 МГц составит примерно 18°, а угол в горизонтальной плоскости — примерно 45°. Это говорит о том, что антенну можно использовать как стационарную для проведения связей через ИСЗ на многих орбитах. На более высокочастотных диапазонах угол в вертикальной плоскости будет значительно меньше; угол в горизонтальной плоскости тоже уменьшится, но на меньшую величину.
Таблица 6.2. Результаты расчета для d =110 см Таблица 6.3. Результаты расчета для d = 150 см
X, см X2, см2 G G, дБ X, см X2, см2 G G, дБ
690 4761 40,6 16 690 4761 55,4 19
24 576 335,8 22 24 576 457,9 25
12 > 144 1343,2 30 12 144 1831,6 32
Недостаток антенны заключается в её значительной парусности. Но если учесть возможность довольно простыми средствами достигнуть огромных величин коэффициента усиления, которые не могут быть достигнуты многими из обычных средств, то стоит задуматься об изготовлении этой антенны. Если при изготовлении антенны точно соблюдены все расчетные данные, то никакой дальнейшей настройки не требуется.
Антенна не прошла достаточных испытаний, поэтому автору будут интересны любые сведения о ее работе.
Изготовление антенны
Изготовление антенны следует начать с построения линии параболы и затем по ее форме изогнуть проволочные скобы Е. Эта работа должна быть выполнена с возможно большей точностью. На листе миллиметровки (бумаги с миллиметровой разметкой) размером 2000 х 500 мм сначала начертите осевые линии X и Y. Ось X должна проходить посередине длинной стороны листа (поперек листа), а ось Y — у левой кромки листа. Для примера см. схему на рис. 6.5.
Итак, построим параболу, имеющую фокусное расстояние f = 550 мм и размер раскрыва отражающего зеркала d = 1500 мм. Пересечение осей X и Y дает точку начала отсчета — точку 0 (ноль). Затем на оси X от точки 0 откладываем первое значение х = 2 мм. Подставляем эту величину в формулу у2 = 4fх, вычисляем у2 = 4 х 550 х 2 = 4400 и извлекаем из полученного числа квадратный корень - получаем значение у. Это значение у откладываем по оси Y в положительном (выше оси X) и затем в отрицательном (ниже оси X) направлении. Теперь мы имеем уже три точки нашей параболы. Далее таким же образом вычисляем значение у для х = 5 мм. Ставим на бумаге еще две точки, относящиеся к нашей параболе. Точно так же определяем значения у, соответствующие значениям х = 10, 20, 30, 50,100, 200 и 300 мм. Откладываем полученные величины по обе стороны оси X и получаем полный профиль необходимой параболы. Результаты расчета точек параболы приведены в табл. 6.4.
Если теперь соединить все полученные точки, то получим кривую линию, которая называется параболой. Форме этой параболы должны точно соответствовать формы изгиба всех скоб Е. Раскрыв рефлектора должен ограничиваться размером 750 мм выше оси X и размером 750 мм ниже оси X. В итоге получается величина раскрыва рефлектора d = 1500 мм.
Таблица 6.4. Расчетные величины параболы
X, мм 2 5 10 20 30 50 100 200 300
Y2, мм2 4400 11000 22 000 44 000 66 000 110 000 220 000 440 000 660 000
Y, мм 66 105 148 210 257 332 469 663 812
Следующим этапом является выбор габаритов рамки А и размеров прочих частей антенны. Не вздумайте устанавливать облучатели чуть ближе или чуть дальше от рефлектора! Антенна работать не будет, если облучатели установлены не на линии фокуса! После сборки всей конструкции еще раз проверьте размер f от рефлектора до облучателя.
Еще один вариант конструкции этой антенны
На рис. 6.9 схематически изображен еще один вариант изготовления «антенны RA3XB».
В этом варианте в качестве элемента, задающего форму параболы, используется деревянная доска. Если ширины одной доски недостаточно, то можно сделать составной щит из нескольких узких досок.
• На доске описанным выше способом вычерчивается контур параболы (позиция 1 на рисунке).
• Ножовкой вырезается нужная часть доски, при этом следует оставлять припуск, величиной не менее 1 мм для дальнейшей, более точной обработки контура параболы. Таким путем изготавливаются два абсолютно одинаковых элемента, изображенные на поз. 2.
• К этим двум элементам мелкими шурупами крепится рефлектор поз.4, и получается своеобразное корыто поз.5, к которому затем крепятся держатели облучателя поз.З.
• И наконец, вся эта конструкция крепится к жесткой несущей рамке.
• Все тонкости настройки см. выше, в описании предыдущей конструкции.
Рис. 6.9. Второй вариант изготовления рефлектора
«Антенна RA3XB» не требует большой высоты подъема, может устанавливаться на небольшой подставке или крепиться к стенке какого-либо строения.
Антенна представляет собой НАИЛУЧШИЙ вариант
• для приема телевидения от удаленного телецентра;
• для работы с удаленным ретранслятором;
• для работы с некоторыми спутниками.
Программа antennal
Разработанная мною компьютерная программа antennal предназначена для расчета параметров параболоцилиндрической антенны RA3XB.
После запуска в программу вводится размер предполагаемого раскрыва зеркального рефлектора в миллиметрах, ширина рефлектора и рабочая частота в МГц. После нажатия на кнопку «Выполнить расчет» программа выдает следующие данные:
• коэффициент направленного действия антенны для заданной частоты;
• величину фокусного расстояния;
• координаты точек контура параболы.
Программа располагается в Интернете на Web-сайте автора по адресу: http: //гаЗ xb. narod. г и/.
Антенна ЗИГЗАГ
Для связи с МКС на диапазоне 146 МГц может быть очень удобной антенна ЗИГЗАГ, разработанная К. П. Харченко и описанная в [19]. Эта антенна очень хорошо согласуется с обычным телевизионным коаксиальным кабелем (75 Ом), что очень важно для начинающих радиолюбителей при приеме слабых сигналов. Далее приведен расчет собственно полотна антенны, а затем описывается вариант антенны с дополнительным рефлектором. Но кроме этого к антенне можно добавить два этажа из волновых вибраторов с самым разным числом директоров. Мною испытаны несколько вариантов этой антенны, и все они работали очень хорошо.
Изготовление полотна зигзагообразной антенны
В этом разделе вы узнаете, как нужно сконструировать зигзагообразную антенну, чтобы она удовлетворяла всем вашим потребностям. Если у вас нет желания вникать в тонкости построения антенны, то изготовьте активную рамку антенны из сплошного куска провода диаметром 4-5 мм по рис. 6.10. При этом все углы рамки должны составлять 90°, а длина стороны квадрата должна равняться четверти длины волны рабочего ди
апазона. Потом сделайте рефлектор, расположите его на расстоянии 0,2 длины волны от активной рамки (полотна), и все будет ОК.
Для тех, кто хочет вникнуть в тонкости создания этой антенны, предлагается следующий материал. Автор назвал эту антенну 3-антенной. Не будем огорчать его и продолжим эту традицию.
3-антенна (рис. 6.10) удобна тем, что ее конструкция сравнительно проста и отклонения в ту или иную сторону от номинальных размеров, неизбежные при изготовлении антенны, практически не сказываются на ее параметрах. Эта широкополосность очень удобна для начинающих ука-вистов.
Для изготовления антенны нужно взять деревянный брусок 1, который служит одновременно ее центральной стойкой и мачтой. К бруску под углом 90° крепятся две рейки 2, которые вместе с ним образуют каркас антенны. Посередине между рейками устанавливается плата 3, состоящая из двух металлических зажимов, собранных на диэлектрической прокладке. На бруске сверху, снизу и на концах реек закрепляют изоляторы 4. В качестве последних можно использовать роликовые изоляторы от осветительной сети или уголки из прочной пластмассы (стеклотексто-
Рис. 6.10. Конструкция варианта зигзагообразной антенны
лита). На изоляторах и плате 3 натягивается полотно антенны 5, которое можно сделать из проволоки или антенного канатика. Проводники полотна антенны припаиваются к зажимам питания 3 в точках XI и Х2. Но перед этим к проводникам полотна антенны в точках XI и Х2 припаиваются выводы кабеля питания: к точке Х2 припаивается оплетка кабеля, а к точке XI — центральная жила. Сам кабель питания 6 подвязывают к центральной стойке и по одному из внутренних проводников полотна антенны прокладывают к точкам питания XI и Х2. Размеры деталей, не указанные на рис. 6.10, можно выбирать произвольно.
Для оценки и сравнения антенн различных типов и конструкций особенно важны данные, характеризующие их электрические свойства. На рис. 6.11 кривая 1 представляет зависимость КБВ от отношения 1/Х в 75-омном фидере для 3-антенны, изображенной на рис. 6.10, а кривая 2 — аналогичную зависимость для ее КНД. Как видно, с ростом отношения 1/Х КНД 3-антенны вначале увеличивается, достигает некоторого максимума и затем уменьшается. Начальный рост КНД объясняется увеличением (в длинах волн) размеров полотна 3-антенны, а спад — после прохождения оптимального соотношения 1/Х — расфазировкой ее элементов. С помощью графика, изображенного на рис. 6.11, можно построить антенну, имеющую максимально возможный КНД для заданного типа полотна антенны. При этом ее диапазонность будет снижена. При построении антенны представляют интерес также и данные, показывающие тенденцию изменения характеристик антенны в зависимости от конст-
Рис. 6.11. К оценке характеристик варианта зигзагообразной антенны: зависимость КБВ (кривая 1) и КНД (кривая 2) от 1/Х
руктивного изменения ее элементов и допускающие количественные оценки. На основании этих данных радиолюбитель может сознательно варьировать имеющимися у него материалами и средствами для построения антенны.
Так, например, зависимости на рис. 6.12 показывают изменение активной составляющей входного сопротивления 3-антенны в диапазоне волн. Антенна изготовлена из проводников различного диаметра при угле изгиба 90°. Эти графики необходимы для определения возможности согласования 3-антенны с фидером в заданном диапазоне частот.
Входное сопротивление 3-антенны в диапазоне частот в значительной степени зависит от поперечных размеров проводников, из которых выполнено ее полотно. Чем толще проводники, тем меньше входное сопротивление в области резонанса и лучше согласование с фидером. Следует учитывать, что кривая 1 построена при условии 1/г = 34, кривая 2 — при 1/г = 63, а кривая 3 — при 1/г = 150. Что такое г — можно узнать из рис. 6.13.
Максимум КНД (см. рис. 6.11 и рис. 6.12) находится в области резонанса. Поэтому при изготовлении 3-антенны с 1/Х = 0,375 (наиболее эффективная антенна) следует особо позаботиться о ее согласовании с фидером. С удалением от резонансной частоты разница в значениях КАпри различных отношениях 1/г быстро уменьшается, и в пределах отношения 1/Х = 0,2-0,32 диаметр проводника полотна практически не сказывается
Рис. 6.12. Зависимость активной составляющей входного сопротивления 3-антенны от 1/Л при различных диаметров проводников ее полотн
на активной составляющей входного сопротивления 3-антенны. Это обстоятельство позволяет при проектировании уменьшить вес конструкции 3-антенны для работы на определенной частоте. Полотно 3-антенны можно выполнить из проводников самого различного профиля: трубок, пластин, уголков и т. п.
Проводники, образующие рамку активного вибратора (полотно антенны) могут изготавливаться или из трубки (провода) определенного радиуса величиной 2гэкв, или из нескольких тонких проводников, расположенных по окружности с диаметром, равным 2г. На рис. 6.13 приведены зависимости между г и гэкв, по которым можно определить размеры или количество тонких проводников, из которых можно создать пучок, эквивалентный диаметру трубки, и наоборот.
Следует уделить особое внимание гидроизоляции кабеля питания в месте его разделки. Дело в том, что при плохой гидроизоляции по экранной оплетке кабеля влага постепенно добирается до вашей квартиры и кабель очень скоро выходит из строя. В крайнем случае место разреза внешней оболочки нужно надежно обмотать текстильной изоляционной лентой. Толстым слоем.
Для уменьшения веса и парусности сплошной проводник целесообразно заменить эквивалентным ему по электрическим параметрам проводником, выполненным из ряда параллельных проводов (см. рис. 6.13).
Увеличение эффективности зигзагообразной антенны
Для увеличения направленности антенны, состоящей из зигзагообразного полотна, применяется плоский экран-рефлектор. Экран отражает падающую на него высокочастотную энергию в сторону полотна антенны. В
плоскости полотна фаза высокочастотного поля, отраженного от рефлектора, должна быть близка к фазе поля, создаваемого самим полотном. В этом случае происходит требуемое сложение полей, и экран примерно удваивает первоначальный коэфсрициент усиления антенны. Фаза отраженного поля зависит от формы и размеров экрана, а также от расстояния S между ним и полотном антенны. Как правило, размеры экрана достаточно велики, и фаза отраженного поля зависит главным образом от последнего фактора.
На практике редко выполняют рефлектор в виде сплошного металлического листа. Чаще он представляет собой ряд проводников, расположенных в одной плоскости параллельно вектору поля Е. Длина проводников определяется максимальной длиной волны рабочего диапазона и размерами активного полотна антенны. Последнее не должно выступать за пределы экрана. В плоскости Е размер рефлектора обязательно должен быть несколько больше половины максимальной длины волны. Чем толще проводники, из которых выполнен рефлектор, и чем ближе они расположены друг к другу, тем меньшую часть падающей на него энергии пропускает рефлектор в заднее полупространство. Однако по конструктивным соображениям экран не следует делать слишком плотным. Практически достаточно, чтобы расстояние между проводниками диаметром 2-3 мм не превышало 0,05-0,1 минимальной волны рабочего диапазона.
Влиянием элементов (из металла или диэлектрика) на работу рефлектора можно пренебречь, если они расположены в плоскости самого рефлектора или за ним. Проводники, образующие экран, можно соединить между собой при необходимости в любом месте. В частности, их можно приваривать или припаивать к металлической раме. Во избежание дополнительных помех недопустимо, чтобы проводники (полотна антенны или рефлектора) под действием ветра терлись либо касались друг друга. Один из возможных вариантов антенны с рефлектором показан на рис. 6.14.
Полотно антенны может состоять из трубок, толстого провода или из плоских проводников-планок. Такая конструкция может быть выполнена полностью из металла. В местах соединений элементы антенны должны иметь между собой электрический контакт. Описываются хорошие результаты, полученные у подобной антенны с рефлектором из металлической сетки.
Следует иметь в виду, что с обратной стороны рефлектора может быть расположено еще одно активное полотно антенны, рассчитанное для работы в таком же или более высокочастотном диапазоне. В этом случае габариты экрана определяются максимальной длиной волны рабочего диапазона антенн, а его плотность (расстояния между проводами рефлектора) — минимальной длиной волны. Если поляризации антенн, расположенных по разные стороны экрана, не совпадают, например взаимно
перпендикулярны, то для второй антенны необходимо изготовить свой рефлектор. Провода второго рефлектора могут располагаться в плоскости первого (пересекать или накладываться на его проводники) и при этом должны быть параллельны вектору поля Е второй антенны. В случае касания проводников рефлекторов их целесообразно в этих точках перепаять друг с другом.
Непосредственный практический интерес представляют вопросы согласования 3-антенны с экраном и питающего фидера. На значение КБВ в тракте с волновым сопротивлением 75 Ом в значительной степени влияют как ширина планки dnjl (или радиус провода г), так и расстояние S, на которое полотно антенны удалено от экрана.
На рис. 6.15 приведены зависимости КБВ от 1/Х для 3-антенны при S = 0Д6Хмакс и различных размерах <1пл. Первая кривая приведена для dnjI= О,ООЗХмакс. С увеличением ширины планки КБВ заметно возрастает, однако по конструктивным соображениям затруднительно применять планки шириной большей, чем dnjI= (0,16-0,17)1. Положение максимума КВБ приходится на 1/Х = 0,25 и почти не зависит от ширины планки. Для получения приемлемого согласования 3-антенны с фидером в широком диапазоне частот полотно антенны следует располагать от экрана на расстоянии S > 0,18Хмакс. Однако величина S влияет и на направленные свойства антенны. С увеличением S КНД антенны снижается и сужается диапазон частот, в пределах которого направленные свойства 3-антенны
Рис. 6.15. Зависимость КБВ 3-антенны от отношения 1/Х при S = 0,16Хмакс и разных диаметрах проводников ее полотна
не претерпевают заметных изменений. Таким образом, с точки зрения улучшения КНД 3-антенны, величину S желательно уменьшать, а с точки зрения согласования — увеличивать.
Еще один вариант увеличения эффективности
Идея этого варианта заключается в том, что к полотну 3-антенны можно добавить элементы антенны «волновой канал» — директоры и рефлекторы. Один из таких вариантов показан на рис. 6.16.
Рис. 6.16. Вариант 3-антенны
Размеры в мм для диапазона 145 МГц
В литературе описывается подобный вариант антенны, имеющей усиление G = 9 дБ, ширину горизонтального лепестка диаграммы направленности 60° и вертикального — 50°.
Способы уменьшения размеров антенны
Этот небольшой раздел относится к любым конструкциям антенн, особенно дипольных.
Следует знать, что расширение рабочего диапазона частот антенны связано с нежелательным увеличением диаметра ее проводов. На практике нередко заменяют цилиндрические проводники со сплошной поверхностью пластинами или рядом более тонких проводников, расположенных в одной плоскости либо по цилиндрической поверхности. На рис. 6.13 показаны геометрические соотношения, на основе которых можно сконструировать цилиндрические проводники с меньшей парусностью и волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению цилиндрического проводника со сплошной поверхностью. С помощью графика, изображенного на рис. 6.17, можно построить плоский проводник, эквивалентный цилиндрическому в отношении волнового сопротивления при равном числе п образующих проводов. При необходимости можно заменить сплошной трубчатый проводник радиуса г сплошной пластиной, ширина которой L = 4г, если г « Л.
Вес и парусность вибратора как объемного, так и плоскостного типов можно сократить примерно вдвое за счет существенного (примерно на порядок) уменьшения поперечных размеров их конечных участков.
Рис. 6.17. Зависимость между радиусом круглого и шириной плоского вибраторов
Настройка УКВ-антенн
Настройка антенны должна обеспечить наиболее эффективное излучение ВЧ-энергии в пространство на данной рабочей частоте.
В процессе настройки необходимо:
• установить диапазон рабочих частот Af;
• оценить величину входных сопротивлений излучающей системы Za;
• определить степень симметричности антенны;
• измерить диаграмму направленности и т. д.
Для решения этих задач следует определить коэффициент укорочения ВЧ-линии или кабеля, градуировку детекторов в некоторых индикаторах и т. д.
Очень сложная задача настройки антенны облегчается тем, что для многих параметров достаточно знать лишь их относительное значение. Очень ценным является и то, что большинство ВЧ-цепей являются резонансными или их можно сделать таковыми.
Для настройки антенны необходим ряд простых измерительных приборов и устройств: ГИР, мощный экранированный генератор на рабочей частоте, индикаторы поля и т. д. Кроме того, настройку необходимо вести в свободном пространстве для исключения влияния посторонних предметов на диаграмму направленности антенны. Все вопросы настройки рассматриваются применительно к диапазону 144 МГц.
Настройка полуволнового вибратора
На рис. 6.18 изображены два варианта полуволнового вибратора.
Резонансную частоту полуволновых вибраторов можно определить по ГИРу. Для этого точки А и В замыкают накоротко толстым проводником и к этому месту подносят ГИР. Индуктивно связывать ГИР и антенну надо именно здесь, так как в точках А и В у вибратора А/2 возникает пучность тока, и связь получается более сильная. На резонансной частоте антенны показания ГИРа резко уменьшаются. Иногда мощность ГИРа может оказаться недостаточной, и точность измерения получится приближенной,
X/2
так как при таком измерении антенна находится на близком расстоянии и от окружающих предметов, и от самого оператора.
Настройка многоэлементных антенн типа «волновой канал»
Использование многовибраторных антенн типа «волновой канал» требует или полного и точного повторения описанного авторского варианта, или дополнительной проверки и подгонки согласования и усиления. Есть несколько признаков правильной работы направленной антенны:
• диаграмма направленности симметрична относительно механической оси и имеет слабо выраженные боковые лепестки (10-20 дБ) и незначительное обратное излучение (10-20 дБ);
• КСВ в линии питания меньше 2;
• коэффициент усиления обеспечивается работой всех пассивных элементов. Основательную проверку параметров новой антенны следует делать на открытом пространстве, так как на результаты измерения могут повлиять отражения от разных объектов.
Антенну лучше испытывать в качестве приемной, установив ее на расстоянии (10-15)Л от отдельной передающей антенны. Высота обеих антенн должна быть не менее 2 м на диапазоне 432 МГц и 3 м на 144 МГц. Мощность передатчика должна быть не менее 3-5 Вт, так как начальное испытание антенны при малом количестве элементов становится затруднительным.
В качестве индикатора в приемной антенне можно применять кристаллический диод типа Д-2, ДК-И1 или ДГ-С2 и микроамперметр ИП1 со шкалой до 100-200 мкА. Схема измерительной цепи показана на рис. 6.19. Она не должна вносить расстройку в систему самого вибратора.
ИП1
Диод D1 крепится кратчайшим путем, дроссели Др.1 и Др.2 имеют диаметр 3 мм и длину намотки 12 мм проводом ПЭШО 0,1.
При измерении следует помнить, что характеристика диода нелинейна, поэтому малые значения показаний прибора, например от 0 до 40 делений стоградусной шкалы, оказываются заниженными. Детекторы перед измерением обычно градуируют.
На рис. 6.20 показана схема установки антенны при измерениях.
1. Для проверки всей измерительной цепи передающую антенну подносят на такое расстояние, чтобы показания прибора равнялись 30-40 делениям. Частоту генератора f0 изменяют на ± Af до краев рабочего диапазона и на нескольких частотах записывают показания прибора ИП1.
2. Определяют частоту fMaKC, на которой показания ИП1 оказываются наибольшими; она не должна превышать f0 более, чем на 0,5-0,6 МГц.
3. Проверяют влияние рефлектора Р, установленного на расчетном расстоянии, а также ближе и дальше него. Показание прибора должно увеличиться на 50-70%.
4. В каждом положении рефлектора снова проверяют частоту fMaKC, дающую наибольшие отклонения стрелки прибора. Влияние рефлектора критично лишь в том случае, если он слишком короткий для частоты f0.
5. Активный вибратор А и рефлектор Р устанавливают на таком расстоянии, чтобы показание ИП1 было наибольшим при f0. Обычно это равно 0,15Х и выше и в процессе дальнейшей настройки не меняется.
6. Передающую антенну относят на такое расстояние, чтобы стрелка ИП1 упала до показания а = 10-16 делений, и снимают (или поворачивают на 90°) рефлектор. Показания прибора а должны составлять несколько делений, удобных для отсчета, а расстояние Д до антенны передатчика
должно быть не менее Д = (7-10)L0, где Lo — общая длина будущей антенны. Если Д < 7L0, то надо повысить или чувствительность индикатора, или мощность передатчика.
7. После такой предварительной подготовки можно проверить работу всей системы антенны путем последовательного добавления пассивных элементов. Для этого записывают показания прибора а на частоте f0 от одного вибратора А, устанавливают рефлектор и записывают а2, Далее устанавливают на свои места (по описанию антенны) последовательно директоры Др Д2, Д3 и записывают а3, а4, а5. Все эти показания прибора должны быть возрастающими, т. е. а2> av а3>а2ит. п. Допустим, а± = 5°, а2=10°, а3= 18°, а4= 27°, а5 = 36°. Отсчитывают для а± - действительные значения - Р5 тока через индикатор ИП1. Так как они приведены к одному масштабу, то по ним можно правильно судить об усилении, даваемом каждым элементом.
На рис. 6.21 по этим значениям построена характеристика антенны. Точка 1 соответствует току в одном только вибраторе А, точки 2, 3 и т. д. показывают приращение тока в вибраторе от действия рефлектора, а затем и директоров Др Д2 и т. д.
Как видно из характеристики, чем ближе элемент к активному вибратору, тем сильнее его влияние.
При неправильно подобранных длинах элементов и расстояний между ними у коротких антенн зависимость усиления от числа элементов обычно идет не плавно, а с изломом или даже провалом. Добавление элемента
не дает усиления. Такое явление встречается чаще при установке второго или третьего директора и ликвидируется изменением расстояния или длины ближайшего к вибратору директора или обоих вместе. Иногда подобное явление может появиться и за счет наложения прямой и отраженной волн от антенны передатчика в месте приема. Распознать эти явления можно незначительным приближением или удалением одной из антенн на 1/2-3/4Л.
8. Для измерения диаграммы направленности антенну вращают плавно по азимуту и через каждые 5-10% записывают отсчет а прибора. Значение а пересчитывают в действительные значения по заранее рассчитанной градуировочной кривой используемого измерительного диода и по ним уже строят диаграмму. При этом диаграмма получается шире, чем если была бы построена по значениям а.
Узкие диаграммы направленности удобнее строить в прямоугольных координатах. По горизонтальной оси откладывают градусы вправо и влево от главного направления, которому соответствует координата 0°. По вертикали откладывают значения показаний прибора приемного вибратора. В результате мы получаем растянутую по горизонтали кривую с отчетливо видными деталями, например боковыми излучениями или углами нулевого излучения и т. д. Если на диаграмме главного лепестка провести горизонтальную прямую на уровне 0,707 от наибольшей высоты диаграммы, то расстояние между точками пересечения этой прямой с полученной диаграммой (по шкале углов) даст нам ширину главного лепестка антенны 1н в градусах.
Настройка длинных антенн «волновой канал»
Настройка этих антенн сложнее не только из-за большего числа элементов, но и из-за необходимости испытывать их или в рабочем положении, или в большом, свободном от препятствий пространстве. Для повторения какой-либо антенны «волновой канал» необходимо выдержать не механическую, а электрическую длину или настройку директоров. Всякие изменения, вносимые по необходимости в повторяемую конструкцию антенны, могут изменить настройку директоров и резко ухудшить ее свойства. Поэтому изготовление длинных антенн для спутниковой связи нужно выполнять с исключительной осторожностью.
Надежным способом проверки длинных антенн является снятие полной диаграммы ее направленности и оценка свойств антенны по величине бокового излучения.
Если настройка директоров не изменилась в повторенной конструкции, то число боковых лепестков будет не более двух-трех, а их высота на диаграмме ниже уровня главного лепестка не более чем на 10-12 дБ. Такая диаграмма показана на рис. 6.22.
Случайные удлинения директоров за счет уменьшения диаметров, изменения крепления и т. д. вызывают понижение усиления в главном лепестке и увеличение его в боковых направлениях (рис. 6.23).
Значительная расстройка элементов или их удлинение полностью нарушает диаграмму (рис. 6.24).
Диаграммы на рис. 6.22, 6.23 и 6.24 показывают простой и надежный способ проверки длинных антенн. Частоту колебаний, подводимых к антенне, постепенно повышают и в пределах поворота от 0 до 180° всякий раз отмечают значения и характер максимумов боковых лепестков. Та частота fm, при которой впервые резко повышается амплитуда какого-либо бокового лепестка по сравнению с главным лепестком, ограни^ива-
Рис. 6.22. Диаграмма хорошей антенны
Рис. 6.24. Все элементы значительно расстроены
ет верхний рабочий предел частот антенны. Наивыгоднейшая рабочая частота f0 антенны будет несколько ниже fm.
Если частота f0 лежит на невыгодном участке либо на краю диапазонов 144-146 МГц или 430-435 МГц, то всю систему директоров длинной антенны надо укоротить, если fm > f0, или удлинить, если fm < f0. О том, насколько надо изменить длину элементов, можно судить по результатам анализа диаграмм. Практически увеличение длины директора в длинном «волновом канале» на 1%, т. е. на 1 см для 145 Мгц и 0,35 см для 435 Мгц, имеет существенное значение для работы антенны на УКВ.
Можно сказать, что снятие частотной характеристики и одновременно диаграммы направленности является самым показательным и наиболее доступным испытанием всех антенн «волновой канал».
Контроль согласования антенн
От степени согласования входного сопротивления Za любой антенны с волновым сопротивлением г питающей ВЧ-линии (кабеля) зависит действительный уровень излученной и используемой ВЧ-мощности передатчика.
Оценить согласование можно путем сопоставления значения тока 1А в линии питания, нагруженной антенной, с током Is, который должен быть в согласованной линии. Если IA = Is, то к антенне подводится вся мощность за вычетом потерь в кабеле.
Для оценки необходимо знать действительную ВЧ- мощность, которую может отдать выходной каскад. Ее можно измерить резонансным индикатором мощности (РИМ), например методом сравнения яркости свечения лампочки, питаемой ВЧ-током, и лампочки, питаемой постоянным током от вспомогательной цепи. Точность такого измерения мощности составляет примерно 10% . Поскольку такой прибор имеется не у каждого радиолюбителя, то обычно для ориентировочного определения излу
чаемой мощности приходится использовать обычную лампочку накаливания. В этом случае очень важно, чтобы сопротивление этой лампочки хотя бы приблизительно равнялось волновому сопротивлению примененного антенного фидера. Можно использовать формулу закона Ома: R = V2 / Р,
где R — определяемое сопротивление; V — рабочее напряжение лампочки; Р — мощность лампочки.
Оценку согласования можно сделать по величине изменений показаний ВЧ-индикатора напряжения или тока, включаемого в разных местах линии питания.
Непрерывный контроль согласования в настоящее время делают с помощью рефлектометров или КСВ-метров различных конструкций.
ЧАСТЬ III. СПУТНИКИ
И ЦИФРОВЫЕ ВИДЫ связи
Глава 7. Цифровые виды связи
и программы для них
ИСЗ идеально подходят для цифровых видов связи. Применение УКВ-рад ио диапазонов обеспечивает отсутствие эфирных импульсных тресков, а малые габариты УКВ-антенн позволяют достаточно просто организовать работу следящих систем в поворотных устройствах. Антенны с зеркальными рефлекторами параболической формы позволяют получить огромные величины коэффициентов усиления.
Большинство пользователей персональных компьютеров используют на своих машинах управляющую систему Windows. Это не очень здорово, потому что наиболее удобными для многих видов цифровой связи являются операционные системы Linux и MS-DOS. В любом случае, пользователь должен сам решить, какой вариант системы выбрать. Все зависит от уровня знаний и поставленных целей.
В этой главе я постараюсь коротко описать все основные виды цифровой радиосвязи, которые используются в настоящее время радиолюбителями. Более полное описание этих видов связи вы найдете в моей книге «Компьютер на любительской радиостанции».
К тем видам связи, которые наиболее подходят для ИСЗ, постараюсь сделать описание компьютерных программ, наиболее удобных, по моему мнению, для начала освоения спутниковой связи.
Программа для любого вида радиосвязи состоит из двух частей. Первая часть предназначена для обслуживания экрана, открытия и закрытия нужных файлов и других подобных нужд. Вторая часть программы служит только одной цели — она обслуживает порт, к которому подключено какое-то внешнее устройство, например контроллер TNC или модем. Эта часть программы называется драйвером.
Драйвер всегда нуждается в специальных условиях, которые должны способствовать быстродействию выполняемых программой операций. Поэтому драйверы стараются писать на языках самого низкого уровня, таких как Assembler, С или, в крайнем случае, Pascal. Именно поэтому зачастую программа для цифровой связи разбивается на две части: программу для управлением файлами и экраном и совершенно отдельную программу-драйвер. Нередко одна программа имеет даже несколько драйверов. Наглядным примером является широко известная программа для пакетной связи WINPACK 6.42. Образно говоря, сама эта замечательная программа не знает, как и подойти к СОМ-порту. Зато в ее распоряжении находятся более десятка различных драйверов. Это драйверы для работы с различными контроллерами TNC, эмуляторы TNC, драйверы AGWPE, TFPCX, BPQ и много других.
Если взять программу для пакета WINTNC, разработанную G7JJF, то эта программа не нуждается в дополнительных драйверах, потому что внутри себя содержит подпрограмму эмулятора TNC, в состав которой входит необходимый драйвер. Программисту видно, что эта программа, предназначенная для работы под управлением Windows, написана на языке программирования С с элементами C++. У этого же автора есть точно такая же программа, написанная для работы под управлением MS-DOS. Этот автор написал два варианта своей программы: один вариант работает только под управлением MS-DOS, а второй — только под управлением Windows.
При разработке описанных в этой книге моих программ я пошел по третьему пути — сделал свои программы таким образом, чтобы они могли одинаково хорошо работать и под управлением MS-DOS, и под управлением Windows. Дело в том, что в нашей стране пока не каждый может приобрести современный компьютер, и, по моему мнению, нужны программы, которые могли бы одинаково хорошо работать и на Pentium III, и на 386 процессорах, как под управлением MS-DOC, так и Windows98 (95).
Телеграф как цифровой вид связи
Собственно говоря, телеграф никогда не был цифровым видом связи. Но с появлением компьютеров стали создаваться программы и для приема, и для передачи телеграфных сигналов. Каждый из созданных до сих пор отечественных ИСЗ имеет на борту специальную измерительную систему, которая постоянно следит за состоянием всех технических систем, находящихся на борту спутника, и передает на Землю информацию именно телеграфными сигналами. Причем передача информации ведется непрерывно дозированными порциями, или пакетами. В начале и конце каждого такого пакета информации передается принадлежащий данному спутнику специальный позывной. Информация о состоянии технических систем спутника, передаваемая непрерывно (пакетами), называется «телеметрическая информация», или просто телеметрия. По появлению или исчезновению на определенной частоте передачи этой информации
можно судить о появлении спутника в зоне радиовидимости или его уходе из этой зоны. Передатчик, излучающий эту непрерывную информацию, называется маяком (Beacon).
Кроме того, телеграфом можно проводить радиосвязи через установленные на некоторых спутниках ретрансляторы. Телеграф пока занимает видное место в любительской радиосвязи. Этим видом связи проводятся самые интересные и самые редкие радиосвязи. Поэтому я постараюсь дать как можно больше информации о телеграфе и о компьютерных программах, которые помогут начинающим освоить этот интересный вид радиосвязи.
Принципы построения телеграфного сигнала
В 1832 году на борту морского судна «Салли» один из пассажиров показывал опыт, как магнитная стрелка компаса начинает двигаться, когда к ней подносят кусок проволоки, присоединенной обоими концами к электрической батарее. За опытом внимательно наблюдал пассажир по имени Самюэль Морзе. Опыт натолкнул его на мысль попытаться создать систему передачи сигналов по проводам, и после пяти лет экспериментов в 1837 году ему удалось это сделать. Для передачи он использовал ключ, изобретенный русским ученым Б. С. Якоби, а для приема — автоматическое устройство записи сигналов. Работая над созданием нового телеграфа, Морзе попутно изобрел и код, который успешно применяется до сих пор. Основу кода Морзе составляют два знака — точка и тире.
После этого многие изобретатели пытались придумывать иные различные коды, из которых один был хитроумнее другого, но время выбрало лучший из них, который был создан американским инженером С. Морзе.
В телеграфе точки и тире — это посылки, отличающиеся друг от друга только длительностью и разделенные между собой паузами. Тире длиннее точки в три раза, пауза между точками и тире внутри буквы равна длительности одной точки, а длительность паузы между отдельными буквами равна длительности тире. Разными комбинациями точек и тире образованы все буквы латинского алфавита, цифры, знаки препинания и знаки раздела. В русском алфавите есть буквы, которых нет в латинском, поэтому в русском варианте азбуки Морзе для них созданы свои комбинации точек и тире. Это буквы Ч, Ш, Э, Ю, Я.
Обучение профессиональных радистов приему на слух и передаче на ручном ключе сигналов кода Морзе длится несколько месяцев. Применение специального тренажера позволяет научиться принимать и передавать сигналы кода Морзе самостоятельно, хотя процесс этот очень сложный. Надо сказать, что о методике самостоятельного изучения телеграфной азбуки до сих пор нет единого мнения. Одна из старых методик предлагает разбить весь алфавит на определенные группы из нескольких букв и проводить изучение по этим группам.
При обучении приему на слух телеграфных сигналов кода Морзе буквы разбиваются на 8 групп:
№ группы Символы, входящие в группу № группы Символы, входящие в группу
1 Т,М, Г, Ш, Е, И, С, X 5 В, Ы, Я, Ч, запятая, точка, восклицательный ивопроси-тельный знаки
2 А, Г, Ф, Б, 3 6 э,ц,д,п
3 У, К, Р,Щ,Й 7 1, 3, 5 7, 0
4 Н, Ь, Ж, Ю, Л 8 2,4, 6, 8, 9
Сигналы нужно слушать и обязательно тут же записывать принятую букву на бумагу.
Существует мнение, что азбуку Морзе могут изучить лишь люди, обладающие музыкальным слухом. Музыкальный слух, конечно, помогает, однако и без него можно выучиться принимать и передавать телеграфные сигналы, только потребуется немного больше времени и терпения. Описанная ниже программа CW_QSO позволяет самостоятельно научиться принимать на слух сигналы кода Морзе.
Для этого сначала следует записать в файл буквы, относящиеся к какой-то одной группе, объединив их в блоки (по пять букв в блоке и пробел между блоками). При этом каждый блок должен иметь свою, отличающуюся от других, комбинацию букв. Затем, используя программу CW QSO, прослушивать этот файл на определенной скорости и одновременно записывать на бумагу каждую прослушанную букву. Начинать следует с самой низкой скорости.
Кое-кто считает, что лишь после того, как новичок научится принимать 45 знаков в минуту, он может слушать «живой» эфир. Это неверно. Эфир надо слушать и пытаться записывать услышанные буквы параллельно с изучением азбуки, с первых занятий. Не беда, если из сотен букв вы запишите лишь несколько, зато цена их намного выше, чем учебных. Когда скорость приема станет стабильной и не хуже 45 знаков в минуту, можно приступать к разучиванию передачи на ключе.
Для обучения передаче рекомендуется разбить алфавит на шесть групп:
№ группы
1
Символы, входящие в группу № группы
Т, М, Щ, Ш, Е, И, С, X 4
Символы, входящие в группу
А, Я, у; Ж, В, Й, Н, Д
2 0, 5, 1,9, 8
5 Б, Г, 3, Ю, Р, Л, П
3 7,6, 2, 3,4
6 К, Ь, Ф, Э, Щ, Ц, Ы
Главное условие при разучивании передачи знаков — не торопиться с наращиванием скорости передачи. Любая спешка ведет к сокращению длительности каких-либо элементов, от чего сигнал становится непонят
ным для принимающего радиста.
6 Зак 1126
В описываемой ниже программе CW QSO имеется возможность подключения к игровому порту (порту джойстика) двухстороннего телеграфного ключа. При этом компьютер при передаче принимает на себя роль формирователя длительностей тире, точек и пауз. Оператору остается только примерно выдерживать необходимые длительности. Компьютер в этом случае превращается в обычный полуавтоматический телеграфный ключ, позволяющий проводить тренировку или работать в эфире с разными скоростями. Но еще раз напоминаю, что ни в коем случае нельзя спешить с наращиванием скорости передачи.
Простейшая конструкция такого телеграфного ключа (рис. 7.1) может состоять из куска ножовочного полотна (от ножовки по металлу) длиной примерно 120 мм, деревянной дощечки размером 120 х 60 х 20 мм, двух металлических уголков 25 х 25 и длиной 25 мм, а также нескольких шурупов по дереву и четырех винтов с гайками МЗхЮ. Для начала на дощечке проводится карандашом центральная линия, параллельная длинным сторонам. Затем один конец ножовочного полотна зажимается между двумя уголками четырьмя винтами, и вся эта конструкция из уголков крепится шурупами на конце дощечки так, чтобы ножовочное полотно расположилось по ее центральной линии на расстоянии примерно 8 мм от дощечки. Свободный конец полотна должен иметь возможность свободно вибрировать в горизонтальной плоскости. На расстоянии примерно 3 см от свободного конца ножовочного полотна по обе его стороны в дощечку ввернуть два шурупа. Расстояние между полотном и головкой шурупа должно быть не более 2 мм. Если зажать свободный конец ножовочного полотна между большим и указательным пальцами правой руки и слегка надавливать на полотно то одним, то другим пальцем, полотно будет касаться головок ввернутых в дощечку шурупов. Теперь остается припаять один провод к закрепленному концу ножовочного полотна (это будет заземляющий провод) и по одному проводу к головкам шурупов (это будут провода для точек и
Рис. 7.1. Схема одного из возможных вариантов простого телеграфного ключа
тире). О том, как подключить такой простейший самодельный телеграфный ключ к порту джойстика, рассказано далее, в описании программы CW QSO. Это только одна из возможных простейших конструкций манипулятора для полуавтоматического телеграфного ключа. По мере приобретения навыков вы самостоятельно сделаете себе намного лучшую конструкцию, которая будет удовлетворять всем вашим требованиям. Нужно только позаботиться о том, чтобы основание ключа было потяжелее.
Для желающих заняться изучением телеграфа в табл. 7.1. дан код Морзе.
Таблица 7.1. Телеграфный код Морзе
Латинский алфавит Русский алфавит Код Морзе Цифры, знаки препинания Код Морзе
А А • - 1 .
В Б — ... 2 . .
С ц —. —. 3 ...
D д —. . 4 .... —
Е Е • 5
F ф . . —. 6 — ....
G г . 7 ...
I т и Т/Г • • 8 о
d к и К —. — У 0 —
L л 9 (сокращенно) — •
М м — 0 (сокращенно) —
N н — • Точка
0 0 — Запятая . —. —. —
Р п . . Дробная черта
Q щ . _ Вопросит, знак . . . .
R р . — Двоеточие ...
S с . . . Восклицат. знак . .
т т — Точка с запятой —. — . —.
и У . . — Кавычки . —. . —.
V *\т/» /гъ • • • — Начало передачи — • — • —
W в . Знак раздела — • • • —
X ь Конец передачи
Y ы —.
Z 3 ч •
ш э —
ю . . —.
я . —. —
Сначала код Морзе применялся на телеграфных линиях, которые по длинным проводам передавали сообщения от одного города к другому. После изобретения радио этот код стал применяться для радиосвязей и пользуется большой популярностью среди профессиональных радистов и радиолюбителей -коротковолновиков вплоть до наших дней.
Передача на ручном телеграфном ключе и прием сигналов на слух — сложное и утомительное дело. Для облегчения труда радистов стали создавать специальные сокращенные слова, которые содержали в себе определенную зашифрованную фразу. Так был создан международный радиолюбительский Q-код. Каждое слово этого кода состоит из трех букв, причем первой буквой всегда является буква Q. В настоящее время Q-код содержит примерно 70 фраз. В табл. 7.2. приведены некоторые из них, которые могут встречаться в дальнейшем в этой книге. Если кодовая фраза передана с последующим знаком вопроса, то это означает вопрос, иначе является ответом.
Кроме международного Q-кода существует также международный радиолюбительский код, в котором употребляются сокращенные до двух-трех букв известные слова радиолюбительского жаргона английского языка.
Таблица 7.2. Q-код
Q-КОД Зашифрованная фраза
QRA? QRA QRB? QRB QRM? QRM QRN? QRN QRO? QRO QRP? QRP QRZ? QRZ QSL? QSL QSO? QSO QTH? QTH Каков Ваш адрес? Мой адрес ... Каково расстояние между нашими радиостанциями? Между нашими радиостанциями ... километров. Есть ли помехи от других радиостанций? На этой частоте имеются помехи от других радиостанций. Есть ли атмосферные помехи? На этой частоте имеются атмосферные помехи. Следует ли мне увеличить мощность? Увеличьте мощность своей радиостанции. Следует ли мне уменьшить мощность? Уменьшите мощность своей радиостанции. Кто меня вызывает? Повторите вызов. Вас вызывает ... Подтверждаете прием сигналов моей радиостанции? Прием сигналов Вашей радиостанции подтверждаю. Имеете ли Вы связь с ... 1. Я имею связь с .... 2. Любительская радиосвязь. В каком населенном пункте находится Ваша радиостанция? Моя станция находится в городе ...
Все эти ухищрения направлены на повышение скорости приема и передачи телеграфных сообщений. Но все они ни в коей мере не могут сравниться с тем ускорением телеграфной передачи, которую может предоставить компьютер.
Как уже упоминалось ранее, телеграф может существовать в наше время в двух видах. Традиционный телеграф, когда на передающей радиостанции радист ведет передачу на ручном ключе, а на приемной радиостанции другой радист ведет прием поступающих сигналов на слух, никак не может называться цифровым видом связи.
Телеграф как цифровой вид связи существует тогда, когда на передающей станции телеграфные сигналы формирует компьютер, а на приемной радиостанции дежурный радист только наблюдает за тем, как компьютер ведет прием телеграфных сигналов в автоматическом режиме. Телеграф как цифровой вид связи имеет существенный недостаток. Дело в том, что телеграфные сигналы состоят из посылок, во время которых передатчик излучает в эфир электромагнитную энергию (этими посылками являются точки и тире), и пауз между этими посылками, когда передатчик энергию в эфир не излучает. При этом на приемной радиостанции во время приема точек или тире звучит сигнал далекого передатчика, а во время пауз слышны только шумы и трески эфира. Если эти шумы и трески бывают очень сильными, а такое случается очень часто, компьютер принимает помехи за полезный сигнал и искажает принимаемый текст.
Поэтому «компьютерный» телеграф часто используют комбинированным способом — передачу текста ведет компьютер, а при приеме радиолюбитель на слух контролирует правильность приема компьютером телеграфных сигналов.
Программа CW_QSO работает с кодом Морзе
Когда компьютер появился на любительской радиостанции, ему сначала было предложено освоить роль секретаря, первого помощника радиолюбителя. Затем многие радиолюбители стали задумываться, а не заставить ли компьютер поработать с кодом Морзе? Эта идея пришлась по душе не всем радиолюбителям.
Очень многие считали и считают в настоящее время, что не стоит отбирать у них романтику телеграфного ключа и приема на слух. Но дело в том, что никто ни у кого никакой романтики не отбирает! Каждый из коротковолновиков волен сам делать свой выбор. Эфир велик и места всем достаточно.
При освоении телеграфа компьютеру были поставлены жесткие условия при формировании символов (букв) из точек и тире. Было установлено, что если принять длительность звучания точки за единицу, то длите ль-
ность тире должна составлять три единицы, длительность паузы межу точками или тире внутри символа должна быть равна длительности точки, а длительность паузы между двумя символами должна составлять три единицы, т. е. равняться длительности тире. Начиная с 80-х годов прошлого столетия, многие радиолюбители взялись за создание компьютерных программ для использования кода Морзе в радиосвязи. Появилось огромное количество различных тренажеров для изучения приема на слух телеграфных сигналов, для наращивания спортсменами-скоростниками скоростей приема. Появились также и программы, которые позволяли компьютеру самостоятельно проводить телеграфные радиосвязи, т. е. самостоятельно проводить и прием, и передачу текстов, составляющих телеграфную радиосвязь. Основными из подобных (типовых) текстов являются следующие тексты.
1. Текст общего вызова, когда радиостанция выходит в эфир и сообщает всем, кто в данный момент принимает ее сигналы, о своей готовности принимать сигналы любой другой радиостанции, заинтересованной в проведении совместной радиосвязи.
2. Текст знакомства. Радиостанция сообщает корреспонденту имя оператора и местонахождение радиостанции, передает кодовое сообщение о качестве приема сигналов корреспондента и, зачастую, сообщает о погодных условиях в своем регионе.
3. Текст с просьбой повторить то или иное сообщение корреспондента.
4. Текст сообщения об аппаратуре, задействованной в данный момент на станции.
5. Текст с подтверждением приема всех переданных корреспондентом сообщений.
6. Текст прощания с корреспондентом и передача наилучших пожеланий.
В пункте 2 сказано, что корреспонденты обмениваются кодовыми сообщениями о качестве приема сигналов корреспондента. Для такого случая существуют специальные кодовые фразы — RST и RSM или RS.
RST расшифровывается как «разбираемость — слышимость — тон». Каждый из этих параметров оценивается определенным количеством баллов. Так, разбираемость оценивается исходя из пяти баллов, слышимость и тон — из девяти баллов. RST 599 — отличная разбираемость при хорошей слышимости и хорошем тоне (без хрипоты) сигнала. RST характерен для телеграфа.
RSM расшифровывается как «разбираемость — слышимость — модуляция». Характерен для работающих модулированным сигналом, т. е. амплитудной, частотной или однополосной модуляцией сигнала. RSM 595 — отличная разбираемость при хорошей слышимости и нет искажений сигналов. Последние 30 лет вместо RSM всегда передают только RS, считая,
ч^о с плохой модуляцией в эфире делать нечего. Никто не станет проводить связи, если у станции отвратительный сигнал.
Кроме того, компьютер должен давать возможность оператору вести передачу непосредственно с клавиатуры или подключенного к компьютеру телеграфного ключа. Это очень важно для повышения оперативности в работе станции.
На различных страницах в Интернет можно найти самые разнообразные из подобных программ, но все они имеют описания на английском языке и могут работать только с буквами латинского алфавита. Сочетание букв CW означает на радиолюбительском жаргоне телеграф, сочетание QSO является словом из международного Q-кода и обозначает проведение радиосвязи. В названии программы заложено ее предназначение — программа предназначена для проведения любительских радиосвязей телеграфом.
Программу CW_QSO можно взять в Интернете по адресу: http:// users.kaluga.ru/ra3xb/ или http://ra3xb.narod.ru/.
Программа может свободно распространяться среди радиолюбителей, но для использования в коммерческих^целях необходимо согласие автора.
Программа предназначена для проведения любительских радиосвязей посредством компьютера IBM PC под управлением MS DOS или Windows 95/98. Кроме того, программа может служить хорошим тренажером для изучения приема и передачи телеграфных сигналов кодом Морзе. Для работы под управлением Windows 95/98 все файлы, входящие в пакет программы, следует разместить в одном подкаталоге, затем файловым менеджером «Мой компьютер» выбрать строку с исполняемым файлом cw_qso.exe и нажать правую клавишу мышки. В появившемся меню выбрать строку «Создать ярлык». Образуется файл с расширением pif, который можно вытащить на рабочий стол и запускать программу непосредственно с рабочего стола компьютера.
Общие положения
Для нормальной работы компьютера с этой программой в эфире совершенно необходим специальный аппарат, называемый модем. Модем необходим для согласования компьютера с передатчиком радиостанции. Если использовать компьютер и программу в качестве тренажера или просто игрушки, то модем иметь не обязательно. Для работы в эфире рекомендуется использовать модем M0DEM3, описание которого можно скачать с Web-странички автора: http://users.kaluga.ru/ra3xb/ или http://ra3xb.narod.ru/-
Описание конструкции и работы модемов дано в гл. 8. Можно использовать модемы и других аналогичных конструкций.
Программа CW_QSO не имеет зарубежных аналогов и рассчитана на пользователей, предпочитающих при проведении радиосвязей использо
вать русский язык. Хорошо работает и с текстами, использующими латинский алфавит.
Перечень команд
В программе CW_QSO все команды подаются нажатием на отдельные клавиши или сочетания из нескольких клавиш. Список всех задействованных в программе команд приведен в табл. 7.3.
Таблица 7.3. Список команд программы CW_QSO
Клавиша Действие команды
<F1> Выдает на экран текст файла документации с описанием всех команд
<F2> Увеличивает скорость передачи на одну ступень
<F3> Уменьшает скорость передачи на одну ступень
<F4> Увеличивает скорость приема сигналов корреспондента
<F5> Уменьшает скорость приема сигналов корреспондента
<F6> Разрешает ввод позывного корреспондента в таблицу данных
<F7> Разрешает ввести с клавиатуры в таблицу имя корреспондента
<F8> Разрешает ввести с клавиатуры в таблицу название города корреспондента
<F9> Разрешает ввести с клавиатуры в таблицу величину RST
<F10> Разрешает ввести с клавиатуры величину температуры воздуха
<F11> Вносит все необходимые данные в аппаратный журнал
<F12> Выполняет обновление экрана
<Alt>+<Fl> Не используется
<Alt>+<F2> Выдает на передачу текст общего вызова
<Alt>+<F3> Выдает на передачу текст с просьбой повторить вызов (QRZ?)
<Alt>+<F4> Производит вызов корреспондента по позывному из таблицы
<Alt>+<F5> Выдает на передачу типовой текст начала радиосвязи
<Alt>+<F6> Выдает на передачу заготовленный текст сообщения о своей аппаратуре
<Alt>+<F7> Выдает на передачу типовой текст окончания радиосвязи
<Alt>+<F8> Разрешает производить передачу непосредственно с клавиатуры
<Alt>+<F9> Выдает типовой текст с просьбой повторить имя корреспондента
<Alt>+<F10> Разрешает выдать на передачу текстовый файл с заданным именем
<Alt>+<X> Выход в DOS
<Ctrl>+<Fl> Не используется
<Ctrl>+<F2> Включает или отключает громкоговоритель компьютера
<Ctrl>+<F3> Очищает окно передачи
<Ctrl>+<F4> Очищает окно приема
<Ctrl>+<F5> Выдает на передачу текст из файла t5.msg
<Ctrl>+<F6> Выдает на передачу текст из файла t6.msg
<Ctrl>+<F7> Выдает на передачу текст из файла t7.msg
<Ctrl>+<F8> Выдает на передачу текст из файла t8.msg
<Ctrl>+<F9> Выдает на передачу текст из файла t9.msg
<Shift>+<Fl> Не используется
<Shift>+<F2> Повысить тон звучания сигнала в громкоговорителе компьютера
<Shift>+<F3> Понизить тон звучания сигнала в громкоговорителе компьютера
<Shift>+<F4> Просмотр всех записей аппаратного журнала
<End> Выдает на передачу позывные и переводит станцию в режим приема
<Home> Выдает на передачу позывные и остается в режиме передачи
<Esc> Срочный выход
<PgUp> Переключает прием РУС/ЛАТ символов
Как видно из таблицы, для ввода команд в программе задействованы функциональные клавиши <F1>-<F12>, а также сочетания нажатия этих клавиш с клавишами управляющими — <Alt> и <Ctrl>. Так, после нажатия клавиши <F1> компьютер выдает на экран файл помощи с описанием всех задействованных команд. Клавишами <F2> и <F3> можно увеличить или уменьшить скорость передачи, клавишами <F4> и <F5> увеличивается или уменьшается скорость приема. После нажатия на клавиши <F6>-<F10> вводятся с клавиатуры в память компьютера позывной и другие данные станции-корреспондента. В сочетании с клавишей <Alt> клавиша <F8> предназначена для передачи текста непосредственно с клавиатуры. После нажатия <F8> компьютер ожидает ввода с клавиатуры очередного слова. Введенное слово отображается на экране. Затем следует нажать клавишу <Пробел>, и введенное слово начинает передаваться. Таким же образом вводятся все последующие слова. Для прекращения работы с клавиатуры следует нажать <Enter>. Сочетание клавиш <Alt> + <F10> позволяет выполнить передачу приготовленного заранее файла величиной до 4 Кбайт. После нажатия на клавиши <Alt> + <F2>-<Alt> + <F10> компьютер начинает выдавать на передачу соответствующие сообщения или файлы. Все эти команды подробно описаны в документации к программе. Сочетания <Ctrl>+<Fx> служат таким же целям. Нажатием <|6trl>+<F2> включается или отключается контроль передающихся сигналов через динамик компьютера, что особенно важно, если вы решили заняться изучением приема телеграфных сигналов, или просто для контроля за работой собственной радиостанции. Программа позволяет устанавливать наиболее приятный для слуха тон сигнала.
Подключение
Подключение модема к порту RS-232-C компьютера выполняется по следующей, обычно принятой, схеме, приведенной в табл. 7.4.
Рабочий экран
Экран разделен на три части. Верхняя часть состоит из трех строк, в которых располагаются данные о вашем корреспонденте, текущая дата и системное время компьютера, вид работы (CW), температура воздуха за окном. В этой же строке рядом с температурой находится и высота тона
Таблица 7.4. Схема подключения
Название линии Разъем DB25 Разъем DB9 Выполняемые действия
RTS 4 7 Включение прием/передача
DTR 20 4 Модуляция сигнала (передача)
CTS 5 8 Принимаемый сигнал (прием)
SG 7 5 Сигнальное заземление
компьютерного динамика в герцах. В строке скоростей первая цифра показывает скорость передачи, а вторая — скорость приема. При включении компьютера их значения совпадают, но в дальнейшем любую из них можно изменять в больших пределах. В верхнем правом углу экрана при переключениях RUS/LAT появляются соответствующие надписи.
Справа и слева от слова ‘CW’ располагаются символы индикатора настройки ‘о’. Слева символ ‘о’ появляется при приеме тонового сигнала, при этом символ справа исчезает. При отсутствии сигнала на экране виден только символ справа. В средней части экрана располагается окно принимаемой информации. Здесь же появляются окна со вспомогательной информацией.
В нижней части экрана располагается окно передаваемой информации. В этом окне информация, предназначенная для передачи, записывается сначала одним цветом, а затем в процессе передачи переданные буквы меняют цвет. Это дает дополнительные удобства пользователям, изучающим прием телеграфных сигналов. После передачи соответствующего текста окно очищается. В этом окне также появляются при необходимости информационные окна с подсказками.
Кроме того, имеются две информационные строки — одна в самом низу экрана, вторая — между окнами приема и передачи. В этих строках находятся подсказки, которые могут понадобиться на первых порах освоения программы.
Работа на передачу
В программе задействованы большие возможности по выбору различных заранее подготовленных текстов, возможность работы непосредственно с клавиатуры.
Для работы с клавиатуры следует нажать <Alt>+<F8> и дождаться, пока программа выдаст в эфир позывные. Затем как можно быстрее набрать на клавиатуре первое слово текста и нажать <Пробел>, при этом программа начинает передавать введенное слово. Далее таким же образом вводятся и передаются все слова предназначенного для передачи текста. Для окончания работы с клавиатуры следует нажать <Enter>.
Особенностью программы является возможность передачи содержимого текстового файла размером до 4 Кбайт. Для этого следует нажать сочетание клавиш <Alt>+<F10>, появится информационное окно с предложением ввести имя файла. После ввода с клавиатуры имени файла программа включается на передачу, и выбранный текст идет в эфир.
Передачу также можно вести и от руки с помощью телеграфного ключа. Для этого к игровому порту (порту джойстика) подключается простой двухсторонний телеграфный ключ, который позволяет работать телеграфом в режиме полуавтоматического телеграфного ключа: при нажатии в
одну сторону выдаются точки, при нажатии в другую — тире. Схема подключения ключа к игровому порту следующая:
• вывод 4 порта — GND (земля, корпус);
• вывод 2 порта — точки;
• вывод 7 порта — тире.
Этот вариант дает возможность совершенствоваться в передаче на электронном полуавтоматическом ключе и оперативно работать в эфире.
Журнал
Нажатие на клавишу <F11> открывает возможность сохранить данные по QSO в аппаратном журнале. При этом в аппаратный журнал автоматически вводятся все данные по корреспонденту из экранной таблицы данных: позывной корреспондента, его имя, город и переданный от вас RST. Поэтому сразу же после нажатия клавиши всплывает окно подсказки. Если вы действительно что-то упустили, нажмите <Esc> и команда будет отменена; если все нормально, нажмите <Enter> и введите недостающие данные. Содержимое журнала QSO можно просмотреть по команде <Shift> + <F4>, при этом на экран выводятся не все, а только самые необходимые данные из журнала. Полностью всю информацию из журнала можно просмотреть с помощью программы qso_log.exe. Эта программа простого аппаратного журнала должна находиться в одной директории с программой cw_qso.exe. Все, введенное в файл базы данных одной программой, можно просмотреть с помощью другой программы и наоборот.
Проверка скоростей передачи
Проверка указанных на экране скоростей передачи выполняется по команде <Alt> + <F10> посредством обычного секундомера. Для целей проверки в комплекте имеется файл «g», в котором содержатся две строки по 10 слов «PARIS» в каждой, итого 100 символов с пробелами. Секундомер включается одновременно с запуском на передачу файла «g» и выключается одновременно с окончанием передачи последнего символа. Расчет выполняем по формуле:
(100 / £)60 = А знаков в минуту,
где 100 — число символов (знаков) в файле «g»; t — число секунд (по секундомеру); 60 — число секунд в одной минуте; А — полученная величина скорости, знаков в минуту.
Описанная программа позволяет не только проводить связи телеграфом с высоким качеством приема и передачи, но и может служить очень удобным и надежным тренажером при обучении приему и передаче телеграфных сигналов кода Морзе. Или просто быть интересной игрушкой. Но
работа этой программы в эфире невозможна без модема. Конструкции нескольких модемов описаны в гл. 8.
Компьютер и телетайп
Телетайп является самым распространенным видом цифровой радиосвязи и широко применяется при радиосвязях на УКВ, но пока ни на одном из спутников телетайп задействован не был. Я очень сожалею об этом, потому что применение телетайпа позволило бы очень многим из радиолюбителей увлечься спутниковой радиосвязью. Packet Radio, нашедший широкое применение в спутниковой радиосвязи, — очень хороший вид связи, но требует сложной аппаратуры и значительных навыков. Поэтому для многих начинающих радиолюбителей является временно недоступным. Несмотря на это я уверен, что на орбитах могут появиться ИСЗ с телетайпйой радиолюбительской аппаратурой.
В этой главе дана только самая необходимая для вас информация о телетайпе, которая может пригодиться в радиолюбительском деле. Более глубокое описание этого вида цифровой радиосвязи можно найти в книге «Компьютер на любительской радиостанции».
Как построен телетайпный сигнал
Любительский телетайп (Radio Tele TYpe, RTTY) является, пожалуй, самым старым и пока единственным из всех видов цифровой радиосвязи, на котором проводятся многие международные соревнования по радиосвязи. Взгляните на календарь международных соревнований, и вы в этом удостоверитесь. Этот вид связи не требует громоздких и сложных программ и аппаратов, дорогих компьютеров и дорогих принадлежностей к компьютерам. В то же время он позволяет быстро переходить от приема к передаче и наоборот, допускает возможность работать на передачу непосредственно с клавиатуры, достаточно хорошо (в смысле для радиолюбителя) работает в условиях помех и сам создает гораздо меньше помех, чем некоторые новые виды цифровой связи. Ведь при любительской радиосвязи не обязательно принимать все 100% информации, достаточно принять основную информацию, необходимую для оформления QSL-карточ-ки или любительского диплома.
Практически каждые полгода появляются все новые и новые виды связи, но телетайп остается основным видом радиосвязи для очень многих радиолюбителей- коротковолновиков во всем мире.
Для каждого вида цифровой радиосвязи имеется соответствующий ПРОТОКОЛ — принятый и утвержденный авторитетными международными организациями подробный перечень основных условий, которым обязательно должны соответствовать все параметры сигналов, передаваемых в этом виде связи. При дальнейших усовершенствованиях
ПРОТОКОЛ может только расширяться, но ни в коем случае не может изменять основные параметры. Если стоит вопрос об изменении основных параметров, то обновленный вид связи получает совершенно другое название.
В табл. 7.6 приведены основные параметры (коды) телетайпного сигнала.
Таблица 7.6. Коды телетайпного сигнала
№ Латинский алфавит Русский алфавит Цифры Информационные посылки Шестнадцатеричный номер
00 Русский регистр Код 93 00000 00
01 Т т 5 00001 01
02 Возврат каретки Код 10 00010 02
03 0 0 9 00011 03
04 Пробел код 32 00100 04
05 Н X Я 00101 05
06 N н 00110 06
07 М м 00111 07
08 Перевод строки Код 13 01000 08
09 L л ) 01001 09
10 R р 4 01010 0А
11 G г Ш 01011 ОВ
12 I и 8 01100 ОС
13 Р п 0 01101 0D
14 С ц • 01110 0Е
15 V •пт* «/1V __ = 01111 0F
16 Е Е 3 10000 10
17 Z 3 + 10001 11
18 D д ч 10010 12
19 В Б ? 10011 13
20 S с 1 10100 14
21 Y ы 6 10101 15
22 F ф э 10110 16
23 X ь / 10111 17
24 А А 11000 18
25 W В 2 11001 19
26 J Й Ю пою 1А
27 Регистр цифр Код 124 пои 1В
28 и У 7 11100 1С
29 Q 0 1 11101 ID
30 К к ( 11110 IE
31 Латинский регистр Код 91 11111 IF
Телетайп предназначен для передачи текстовой информации. Каждая буква текста перед выдачей в эфир кодируется специальным пятиразрядным (5-битовым) кодом, т. е. каждой букве назначается определенная последовательность токовых и бестоковых посылок. Например, в коде буквы ‘Т’ имеются четыре бестоковых (1, 2, 3 и 4-я) посылки и одна токовая (5-я); букве ‘W’ соответствуют три токовых посылки (1, 2 и 5-я) и две бестоковых посылки (3-я и 4-я). Эта кодировка закреплена ПРОТОКОЛОМ и изменена быть не может. z
Из пяти посылок можно составить только 32 различные комбинации, поэтому в телетайпе могут быть задействованы только 32 буквы. Но для нормальной работы нужно было ввести еще шесть служебных символов, так что на долю букв осталось всего 26 мест. Этого количества хватало для кодирования, а значит и для передачи в эфир лишь заглавных букв латинского, алфавита. Для цифр и строчных букв этого же алфавита кодов не хватило. Чтобы выйти из положения, ввели понятие регистр. Были введены в практику и узаконены регистр заглавных букв, регистр строчных букв и регистр цифр. Прежде чем начать передачу текста из латинских заглавных букв, следует сначала передать на принимающую станцию сигнал включения в работу регистра заглавных букв. Только после этого можно начать передачу заглавных букв. Соответственно перед передачей цифр на принимающую станцию отправляется команда включить регистр цифр, перед передачей строчных букв — команда включить регистр строчных букв.
Если для латинского алфавита 26 букв оказалось достаточным, то для работы с русским алфавитом пришлось отобрать несколько мест у цифр. Пятью битами (посылками) можно закодировать только 32 символа (буквы), семью битами — уже 128 символов. Для кодирования 256 символов необходимы восемь посылок. Все это находит применение в компьютерах. Только из восьми посылок можно создать 256 кодовых комбинаций, достаточных для кодирования 256 стандартных символов, составляющих кодовую таблицу любого компьютера.
Теперь понятливому читателю становится ясно, что нормальной телетайпной программой передать или принять бинарный файл невозможно при любых ухищрениях.
Посылки названы мною токовыми и бестоковыми условно. На самом деле все посылки передаются промодулированными звуковыми тонами с разными частотами. Так, посылки, названные мною бестоковыми, посылаются в эфир промодулированными звуковой частотой 1000 Гц, а токовые посылки - промодулированными частотой 1170 Гц. ПРОТОКОЛ требует, чтобы разница в частотах токовых и бестоковых посылок составляла 170 Гц. Многие программисты, создавая свои программы, допускают возможность передавать бестоковые посылки тонами более высокой часто
ты (1170 Гц), а токовые — тонами низкой частоты (1000 Гц), т. е. допускают так называемый «реверс» сигналов. Приведенные мною цифры 1170 Гц и 1000 Гц условные. Величины частот могут быть иными, но разница между частотами для телетайпа должна всегда быть равной 170 Гц.
Как передать телетайпом символ
Каждая буква (символ) в телетайпном коде состоит из семи составных частей — посылок. Первой идет стартовая посылка, затем — пять информационных посылок, замыкает код символа стоповая посылка. ПРОТОКОЛ установил, что перед выдачей в эфир кода какой-то буквы непременно должна быть передана стартовая токовая посылка.
Принимающая станция после получения стартовой посылки становится готовой принять все последующие пять информационных посылок, составляющих код той или иной буквы. Кроме того, после передачи всех информационных посылок, передающая станция передает в эфир стоповую токовую посылку. Длительности стартовой и информационной посылок равны, а длительность стоповой посылки должна быть в полтора раза больше. ПРОТОКОЛ устанавливает, что длительность стартовой и информационной посылок должна определяться по формуле:
Т (мс) = 1000 / N,
где Т (мс) — длительность информационной и стартовой посылок в миллисекундах; 1000 — число миллисекунд в одной секунде; N — скорость передачи RTTY в бодах.
ПРОТОКОЛ также устанавливает скорость передачи сигналов в любительском телетайпе равную 45,45 бод. При такой скорости длительность стартовой и каждой из информационных посылок должна составлять 22 мс, а длительность стоповой посылки получается равной 33 мс. Некоторые программисты предусматривают в своих программах возможность работать и на более высоких скоростях, но эти повышенные скорости можно использовать только для каких-то экспериментов, например для проверки работоспособности модема на больших скоростях и т. д. Чем выше скорость передачи телетайпного сигнала, тем короче становится информационная посылка и тем более уязвимой для помех становится связь.
На рис. 7.2 изображена структура телетайпного сигнала при передаче символа.
Старт. । Информационные посылки |
ПОСЫЛ- I I 2 I з I 4 I 5
ка 1 I I I j
Стоповая посылка
Рис. 7.2. Структура телетайпного сигнала
Как видно из рисунка, передача символа начинается с передачи стартовой посылки, затем следуют пять информационных посылок, и завершает передачу символа посылка стоповая, длительность которой примерно в полтора раза больше. Такая схема передачи символа характерна для асинхронных видов цифровой связи.
Программа RTTY_QSO — один из вариантов телетайпной программы z
Общие положения
Программа RTTY_QSO находится на Web-страничке автора и предназначена для проведения любительских радиосвязей телетайпом посредством IBM PC или совместимого компьютера под управлением MS DOS или Windows 98.
Программа может свободно распространяться среди радиолюбителей России по принципу «как есть», т. е. без гарантий со стороны автора и без претензий со стороны пользователей.
Программа не имеет зарубежных аналогов и рассчитана на пользователей, предпочитающих при проведении радиосвязей использовать русский язык. Хорошо работает и с текстами, использующими латинский алфавит.
Комплект состоит из следующих файлов, которые должны постоянно находиться в одном и том же каталоге: г tty_qso.exe rtty_qso.cfg qso_log.dat cq.msg qrz.msg rpt.msg eqp.msg my_name.msg konec.msg
f5.msg,..., f9.msg файлы с любыми дополнительными текстами.
Тексты всех файлов с расширением msg могут изменяться пользователем по своему усмотрению, но при условии, что размер файла не должен превышать 380 символов и не должен содержать более пяти текстовых строк. Размер файла для передачи по клавише <Alt>+<F10> не должен превышать 4 Кбайт. Каждая строка должна заканчиваться нажатием
основной исполняемый файл программного комплекта;
конфигурационный файл;
файл с данными аппаратного журнала;
файл с текстом для передачи общего вызова;
файл с текстом просьбы повторить вызов;
файл с текстом просьбы повторить имя и город;
файл с описанием собственной аппаратуры;
файл с текстом о собственном имени и городе;
файл окончания типовой радиосвязи;
клавиши <Enter>. (Для последней, пятой, строки этого делать не следует.) При подготовке текста, предназначенного для зарубежных корреспондентов, помните, что у многих из них программы работают только с заглавными буквами.
В программе применен оригинальный индикатор настройки на частоту корреспондента, и, кроме того, она допускает реверс (нормальный/обрат-ный) как при приеме, так и при передаче.
Конфигурационный файл
Конфигурационный файл должен иметь определенное количество строк, при этом каждая строка должна начинаться с первой позиции, никакие пустые строки перед первой строкой и между остальными строками не допускаются. Строки cfg-файла имеют следующие значения:
№ строки Назначение строки № строки Назначение строки
1 Используемый сот-порт 7 Температура наружного воздуха в вашем городе
2 Позывной собственной 8 Позывной наиболее вероятного
радиостанции корреспондента
3 Собственное имя 9 Имя наиболее вероятного корреспондента
4 Собственный населенный пункт 10 Город наиболее вероятного корреспондента
5 Адрес и имя файла радиожурнала 11 Наиболее вероятный вариант переданного RST
6 Адрес и имя файла сохраненного QSO
Каждая из этих строк может редактироваться самым простым текстовым редактором при соблюдении вышеописанных требований. Строки конфигурационного файла нельзя менять местами или исключать какую-то из строк. Например, если вы не хотите помещать позывной или имя наиболее вероятного корреспондента, то это не значит, что нужно выбрасывать всю строку. В таком случае достаточно просто вместо позывного или имени ввести пробелы.
Список команд\
Все задействованные в программе RTTY_QSO команды подаются нажатием на отдельные клавиши или сочетания из нескольких клавиш. Список всех задействованных в программе команд приведен в табл. 7.7.
Подключение
Подключение модема к порту RS-232C компьютера выполняется по следующей, обычно принятой, схеме, приведенной в табл. 7.8.
Таблица 7.7. Список команд программы RTTYQSO
Клавиша Действие команды
<F1> <F2> <F3> <F4> <F5> <F6> <F7> <F8> <F9> <F10> <F11> <F12> <Alt>+<Fl> <Alt>+<F2> <Alt>+<^3> <Alt>+<F4> <Alt>+<F5> <Alt>+<F6> <Alt>+<F7> <Alt>+<F8> <Alt>+<F9> <Alt>+<F10> <Alt>+<X> <Ctrl>+<Fl> <Ctrl>+<F2> <Ctrl>+<F3> <Ctrl>+<F4> <Ctrl>+<F5> <Ctrl>+<F6> <Ctrl>+<F7> <Ctrl>+<F8> <Ctrl>+<F9> <Shift>+<Fl> <Shift>+<F2> <Shift>+<F3> <Shift>+<F4> <End> <Home> <Esc> <PgUp> <PgDN> Выдает на экран текст с описанием всех команд Увеличивает скорость передачи на одну ступень Уменьшает скорость передачи на одну ступень Выполняет реверс сигналов при приеме (прямой/обратный) Выполняет реверс сигналов при передаче (прямой/обратный) Разрешает ввод позывного корреспондента в таблицу данных Разрешает ввести с клавиатуры в таблицу имя корреспондента Разрешает ввести с клавиатуры в таблицу название города Разрешает ввести с клавиатуры в таблицу величину RST Разрешает ввести с клавиатуры величину температуры воздуха Вносит все необходимые данные в аппаратный журнал Выполняет обновление экрана Дополнительный текст помощи Выдает на передачу текст общего вызова Выдает на передачу текст с просьбой повторить вызов (QRZ?) Производит вызов корреспондента по позывному из таблицы Выдает на передачу типовой текст начала радиосвязи Выдает на передачу заготовленный текст сообщения о своей аппаратуре Выдает на передачу типовой текст окончания радиосвязи Разрешает производить передачу непосредственно с клавиатуры Выдает типовой текст с просьбой повторить имя корреспондента Разрешает выдать на передачу текстовый файл с заданным именем Выход в DOS Информация о программе Включает или отключает громкоговоритель компьютера Очищает окно передачи Очищает окно приема Выдает на передачу текст из файла t5.msg Выдает на передачу текст из файла t6.msg Выдает на передачу текст из файла t7.msg Выдает на передачу текст из файла t8.msg Выдает на передачу текст из файла t9.msg Информация о программе Повысить тон звучания сигнала в громкоговорителе компьютера Понизить тон звучания сигнала в громкоговорителе компьютера Просмотр всех записей аппаратного журнала Выдает на передачу позывные и переводит станцию в режим приема Выдает на передачу позывные и остается в режиме передачи Срочный выход Переключает прием РУС/ЛАТ символов Ввести позывной корреспондента из информационной строки
Таблица 7.8. Схема подключения модема
Название линии Разъем DB25 Разъем DB9 Выполняемые действия
RTS 4 7 Включение прием/передача
DTR 20 4 Модуляция сигнала (передача)
CTS- 5 8 Принимаемый сигнал (прием)
SG 7 5 Земля
Рабочий экран
Экран разделен на три части. Верхняя часть содержит три строки, в которых располагается таблица переменных данных: данные о вашем корреспонденте, текущая дата и системное время компьютера, вид работы (RTTY), температура воздуха за окном. В этой же строке рядом с температурой находится и высота тона компьютерного динамика (в герцах). В строке скоростей после величины скорости (в конце строки) находится символ включения контрольного динамика компьютера. Справа от надписи «RTTY» на черном фоне находится символ ‘о’. Это символ настройки на частоту корреспондента. При изменении тона символ перемещается в левую сторону от надписи. При точной настройке символы видны с обеих сторон от надписи «RTTY». Идеальным можно считать тот случай, когда при приеме на экране видны только наиболее удаленные от слова «RTTY» символы ‘о’.
Слева от слова «ПРИЕМ» появляются символы, указывающие на прием нормальных или обратных символов, справа — символы состояния передачи. Символы «нор» и «обр» появляются при нажатии <F4> и <F5> и соответствуют нормальному или обратному приему или передаче. В верхнем правом углу экрана при переключениях RUS/LAT появляются соответствующие надписи.
В средней части экрана располагается окно принимаемой информации. Здесь появляются окна со вспомогательной информацией.
В нижней части экрана расположено окно передаваемой информации. Кроме того, имеются две информационные строки: одна в самом низу экрана, вторая — между окнами приема и передачи. В верхней информационной строке выдается информация о задействовании принтера и файла сохранения, позывной вызывающей радиостанции, сведения о последнем QSO, проведенном с этим позывным.
Работа на передачу
Программа предусматривает подключение на передачу через последовательный порт RS-232 (СОМ1 — COM4) к модулятору модема. При этом используется сигнал DTR (штырек 20 на DB25 или штырек 4 на DB9). Возможный вариант — взять сигнал от контрольного динамика через переходные конденсаторы и подать его на микрофонный вход передатчика.
В программе задействованы большие возможности по выбору различных заранее подготовленных текстов и возможность работы непосредственно с клавиатуры.
Для работы с клавиатуры следует нажать сочетание клавиш <Alt>+<F8>, дождаться пока программа выдаст в эфир позывные. Затем как можно быстрее наберите на клавиатуре первое слово текста и нажмите клавишу
<Пробел>, при этом программа начнет передавать введенное слово. Далее таким же образом вводятся и передаются все слова предназначенного для передачи текста. Для окончания работы с клавиатуры нажмите клавишу <Enter>. Следует помнить, что клавиатура хранит несколько введенных символов в своей памяти, пока идет передача ранее введенного слова, поэтому можно начинать ввод нового слова, не дожидаясь конца передачи предыдущего.
Журнал
Нажатием на клавишу <F11> можно сохранить данные по QSO в аппаратном журнале. При этом в аппаратный журнал автоматически вводятся все данные по корреспонденту из экранной таблицы данных: позывной корреспондента, его имя, город и переданный от вас RST. Поэтому сразу же после нажатия клавиши всплывает окно подсказки. Если вы действительно что-то упустили, нажмите клавишу <Esc>, и команда будет отменена; если все нормально, нажимайте <Enter> и введите недостающие данные. Содержимое журнала QSO можно просмотреть по команде <Shift>+<F4>, при этом на экран выводятся не все, а только самые необходимые данные из журнала. Полностью всю информацию из журнала можно просмотреть с помощью программы qso_log.exe. Эта программа простого аппаратного журнала должна находиться в одной директории с программой rtty_qso.exe. Все введенное одной программой можно просмотреть с помощью другой программы и наоборот.
База данных журнала хранится в файле qso_log.dat, при этом в одном таком файле может храниться информация самое большее о 250 радиосвязях. Поэтому, когда в файл будут записаны данные о 250 QSO, этот файл нужно переименовать. Новое имя файла должно указывать отрезок времени, к которому относится хранящаяся в файле информация. Для продолжения работы с журналом в текстовом редакторе создайте абсолютно чистый файл qso_log.dat.
Пример
Новое имя файла 4_10-99.dat означает, что файл содержит записи QSO, начиная с 4-го месяца (апрель) по 10-й месяц (октябрь) 1999 года.
Программа qso_log.exe также позволяет распечатать все записи из файла qso_log.dat в виде отчета о проведенных радиосвязях (соревнованиях) на рулон бумаги.
В этой версии программы впервые применено довольно интересное новшество, аналогичного которому я не встречал ни в одной программе. Речь идет об автоматическом вводе из эфира в информационную строку позывного вызывающей радиостанции.
Как только вас начинает вызывать какая-либо радиостанция, программа в автоматическом режиме принимает этот позывной и заносит его в информационную строку. Чтобы начать работу с этой станцией, следует нажать клавишу <PageDown>. При этом программа вводит позывной из информационной строки в таблицу переменных данных, проверяет по журналу о наличии записи связи с этим позывным и, если запись о такой связи имеется, заносит автоматически в таблицу переменных данных имя и город корреспондента и выдает в информационной строке сведения о последнем проведенном с этим позывным QSO. Это новшество значительно упрощает работу оператора при проведении связей.
Также при ручном вводе в таблицу переменных данных позывного корреспондента (по нажатию на клавишу <F6>) программа просматривает все записи аппаратного журнала, вводит автоматически все необходимые данные по радиосвязям, проведенным ранее с этой станцией, и выдает соответствующую информацию. Если вместо полного позывного введен только префикс или часть префикса, то программа выдает информацию о последней связи с радиостанцией, позывной которой имеет данный префикс (или часть префикса).
Программа RTTY_QSO содержит подпрограммы приема и передачи, которые работают намного эффективнее аналогичных подпрограмм в разработках других авторов. Это проверено на практике. Можете убедиться сами по рекомендациям из следующего раздела.
На сегодняшний день среди радиолюбителей и в сети Интернет можно найти большое количество самых разнообразных программ для RTTY. Среди радиолюбителей ходят различнейшие басни о чудодейственности той или иной программы, одни из них утверждают, что нет ничего лучше какой-то сверхдорогой звуковой карты, другие утверждают, что все чемпионы работают в режиме RTTY только через модемы фирмы N, третьи восхваляют модемы фирмы Z. Как правило, все подобные басни создают и распространяют не очень компетентные люди, а им вторят легковерные радиолюбители, готовые утверждать о том, что они лично видели программу RTTY, способную передавать и принимать бинарные файлы. Поэтому становится актуальным вопрос о том, как выбрать необходимую для вас RTTY программу. Мое мнение однозначно — работа через правильно настроенный модем ничуть не хуже, чем работа через самую дорогую звуковую карту, и наоборот; работа через хорошую звуковую карту ничуть не хуже, чем работа через правильно настроенный модем.
Как выбрать лучшую из нескольких программ
Как выбрать программу для телетайпа
Если прослушать внимательно участки для цифровой радиосвязи на различных диапазонах, то оказывается, что наиболее применяемыми видами
связи являются Packet Radio, PACTOR и RTTY. Старый и удобный телетайп продолжает во многом удовлетворять потребности радиолюбителей в повседневных коротких радиосвязях благодаря своей простоте в обслуживании, надежности и нетребовательности к аппаратным средствам. И это несмотря на постоянно появляющиеся новые виды связи. Packet Radio и PACTOR используются в основном для работы в радиолюбительской сети. Существует большое количество различнейших программ для работы телетайпом с помощью компьютера, и добыть в Интернете любую из них труда не составляет. Но все эти программы, как правило, разработаны за пределами нашей страны, не учитывают особенности нашего языка, нашего алфавита. С этой проблемой я столкнулся сразу же после получения разрешения на работу телетайпом в 80-е годы. Пришлось самому засесть за учебники по программированию и пытаться написать программу, удобную для российского радиолюбителя. Такая программа была создана в 1990 году совместно с программой для проведения телеграфных радиосвязей. Эти программы предназначались для работы с единственно доступными тогда компьютерами «Радио-86РК». Потом стали доступными IBM PC, и пришлось долго переучиваться и приспосабливаться к новым условиям, новым языкам программирования.
За длительный период работы в эфире различными видами цифровой радиосвязи, сопровождавшейся разработкой радиолюбительских программ и модемов для этих видов связи, у меня сложились определенные критерии пригодности программы для российского радиолюбителя. Основные моменты этих критериев и применяемый мною уже много лет метод тестирования программ для цифровой радиосвязи я и хочу здесь описать.
Так каким же требованиям должна удовлетворять хорошая программа, предназначенная для массового российского радиолюбителя?
1. Программа должна быть как можно короче и работать на самых простых и «совместимых» компьютерах, потому что не многие из радиолюбителей имеют возможность приобрести самые современные компьютеры. Программа должна как можно меньше загружать память.
2. Программа должна нормально работать как под управлением MS-DOS, так и под управлением Windows 98 (95).
3. Программа должна включать в себя встроенный, пусть даже самый простой, журнал учета проведенных радиосвязей. Зачастую для радиолюбителя совершенно не нужен громоздкий, размером в мегабайты, журнал, напичканный никогда не востребованными функциями.
4. Программа должна сохранять в специальном файле всю принимаемую из эфира информацию.
5. Программа должна иметь возможность передать в эфир отдельный текстовый файл (хотя бы и не очень большой).
6. Программа должна работать с самыми разнообразными конструкциями простых самодельных модемов, потому что многие из нас не имеют возможности приобрести дорогостоящие изделия известных фирм. При этом качество работы программы на прием и передачу должно быть не хуже, чем при работе с дорогостоящими фирменными аппаратами.
7. Программа должна иметь всю документацию на русском языке, допускать использование в документации только слов международного радиолюбительского кода и жаргона.
8. Программа должна работать как с заглавными, так и со строчными - буквами русского алфавита, с буквами латинского1 алфавита.
9. Программа должна иметь эффективный визуальный индикатор настройки на частоту корреспондента (желательно).
10. На экране компьютера, перед глазами радиолюбителя, всегда должны находиться переменные данные: сведения о корреспонденте, т. е. позывной, имя и город корреспондента, передаваемый ему RST и прочие данные.
Уже длительное время для определения эффективности работы программ для различных видов цифровой радиосвязи, в том числе и для RTTY, я использую простой метод, позволяющий с достаточной точностью выбрать наиболее эффективную из нескольких подобных программ. Метод очень простой и может быть опробован любым радиолюбителем.
При экспериментах я использую старый кассетный магнитофон и модем типа MODEM22. При этом магнитофон может иметь «не совсем чистые» головки и может допускать большую детонацию звука. Это будет способствовать созданию (или имитации) помех. В качестве тестового файла (назовем его файл «test») я использовал заранее созданный мною текстовый файл, который состоит из строк с заглавными буквами латинского алфавита от А до Z включительно. Выглядит этот файл следующим образом:
• 1-я строка состоит из 20 расположенных подряд букв А;
• 2-я строка состоит из 20 расположенных подряд букв В
и так далее, заканчивая последней строкой, которая, как вы уже догадались, состоит из 20 расположенных подряд букв Z.
Испытания провожу в следующем порядке.
Сначала одной из испытуемых программ записываю через модем в режиме передачи текст файла «test» на магнитофон. Затем считываю эту запись по очереди каждой из остальных испытуемых программ и фиксирую абсолютно все ошибки приема. Полученные данные заношу в специальную таблицу.
Затем второй из испытуемых программ записываю на магнитофон тот же самый файл «test» и считываю эту запись по очереди каждой из испытуемых программ. Все ошибки также заношу в таблицу.
То же повторяю с третьей программой и т. д.
Испытания провожу на скорости 45,45 бод. Если однозначного победителя выявить не удается, то следующий этап испытаний провожу на повышенной скорости, например 100 бод. Но, как правило, второго этапа проводить не приходится.
Естественно, проводить такие испытания следует только в случае необходимости выявить программу с наилучшими показателями по приему и передаче сигналов. Если же вы на первое место ставите наличие красивой картинки-заставки или наличие в программе нескольких видов цифровой связи, то читать далее эту главу не стоит. Как показал опыт, в программах, напичканных несколькими видами связи, применяются весьма примитивные подпрограммы приема и передачи. Получить хорошее качество в таких случаях бывает трудно, а порой и невозможно.
Радиолюбители, заинтересованные в хороших результатах своей работы в соревнованиях, должны меньше доверять всевозможным «басням» и сами выбирать себе программу для повседневной работы, а тем более для участия в соревнованиях.
Для того чтобы заинтересованный читатель мог сам поэкспериментировать в выборе нужной программы, я поместил в Интернете на своей страничке (http://users.kaluga.ru/ra3xb/ или http://ra3xb.narod.ru/) еще одну из своих программ — программу RTTYGT1. При проведении сравнения и выбора лучшей программы советую взять три программы: RTTY QSO, RTTY_GT1 и программу TERMAN93, которая также может работать в режиме телетайпа.
Программа RTTY-BBS — еще один пример применения телетайпа
Представьте себе спутник, на котором установлена описанная ниже телетайпная программа — электронный почтовый ящик. Каждый желающий может отправить своему приятелю текстовое сообщение и получить ответ через этот почтовый ящик. Каждый желающий может прочитать имеющиеся в этом ящике объявления или интересные сообщения, а также разместить свое, ну уж очень интересное сообщение! Подобные почтовые ящики на спутниках есть, но они работают в режиме Packet Radio и доступны не очень многим радиолюбителям. Познакомившись с работой описанной ниже программы, вы сможете полнее представить себе работу любого электронного почтового ящика.
RTTY-BBS — электронный почтовый ящик
В прошлые годы мне пришлось долгое время быть руководителем самодеятельного радиоклуба и начальником коллективной радиостанции. Радиолюбители старшего поколения помнят организованные нашим клубом радиоэкспедиции по местам действий комсомольцев — героев Людиновского партизанского подполья, радиоэкспедицию на Ильинский оборонительный рубеж, где курсанты Подольских военных училищ своими сердцами защищали от вражеских полчищ столицу нашей Родины Москву, радиоэкспедицию на широко известную по популярной песне Безымянную высоту и много других. При организации и проведении этих мероприятий и вообще в повседневной жизни клуба важную роль играла текущая информация и один из важных инструментов распространения этой информации — доска объявлений. Этот «инструмент распространения информации» располагался в помещении клуба на видном месте. Кроме обязательных инструкций там находились объявления о сроках проведения радиосоревнований, о предстоящих собраниях, планы работы клуба, информация отдельных радиолюбителей о имеющихся у них проблемах или избытках каких-то радиодеталей. Постоянно вывешивалась информация из рубрики «На любительских диапазонах» газеты «Советский Патриот».
Прошли годы, изменились люди, изменились страны, изменились и «инструменты распространения информации». В радиолюбительском мире действует широкоразветвленная сеть на основе Packet Radio, главными составляющими которой являются так называемые BBS и MBBS. Эти своеобразные почтовые ящики способны переработать и доставить адресатам огромное количество важной и интересной информации. Но проблему распространения местной информации, которая интересна только небольшому кругу радиолюбителей какого-то региона, глобальная пакетная сеть не решает, так как далеко не каждый радиолюбитель имеет возможность стать владельцем пакетной станции.
Понятия BBS (Bulletin Board System — электронная доска объявлений) и MBBS (Mail and Bulletin Board System — электронная почта и доска объявлений) используются во Всемирной радиолюбительской сети.
По моему мнению, в большей степени задачу распространения местной информации может решить BBS на базе более распространенного вида связи — телетайпа. Для работы телетайпом достаточно иметь даже самый простейший компьютер типа «Радио-86РК» и несложный модем. В конце 80-х годов мне несколько лет пришлось работать телетайпом с помощью этого компьютера и хочу заверить, что это почти то же самое, что и работа на современных компьютерах и программах. Разработанная мною в те годы программа для проведения телетайпных радиосвязей посредством «Радио-86РК» могла одинаково хорошо работать с текстами и русского, и латинского алфавитов, имела встроенный аппаратный журнал, работала на скоростях до 150 бод. Исходя из вышеперечисленных сооб
ражений, недавно я разработал программу «электронной доски объявлений» (или почтового ящика) RTTY-BBS.
Как работать с RTTY-BBS
Программа RTTY-BBS может применяться в качестве местной электронной доски объявлений и местными радиоклубами, и коллективными радиостанциями, вокруг которых формируются радиолюбители, и отдельными радиолюбителями, которые обладают интересной для других информацией. Практически BBS имеет все функции нормальной пакетной BBS кроме функции проведения форвардинга. Список всех команд, доступных удаленному пользователю, приведен в табл. 7.9.
Радиостанция, оснащенная компьютером с программой RTTY-BBS и модемом, должна работать в заранее назначенное и известное всем заинтересованным пользователям время на строго определенной частоте. Предположим, что BBS имеет позывной UA3XBI, а удаленный пользователь имеет позывной RA3XB. Удаленный пользователь для работы с RTTY-BBS настраивается на заданную частоту и производит вызов
RYRYRY UA3XBI UA3XBI DE RA3XB RA3XB К
Если BBS четко принимает и декодирует свой собственный позывной и позывной вызывающего корреспондента, то сразу же начинает работать на передачу. Первое сообщение от BBS будет следующее:
"Привет, RA3XB.,. Здесь персональный BBS UA3XBI".
Таблица 7.9. Список команд RTTY-BBS
Команда Действие команды
HELP BBS выдает файл помощи с перечнем всех команд
Н BBS выдает файл помощи с перечнем всех команд
I BBS выдает информационный файл о своей радиостанции
Кп Уничтожить сообщение с номером п
КМ Уничтожить все прочитанные сообщения на ваш позывной
L Получить список всех имеющихся бюллетеней
LM Получить список всех сообщений, имеющихся на ваш позывной
LN Получить список всех новых сообщений, имеющихся на ваш позывной
LLn Получить список п последних бюллетеней
М Получить список всех имеющихся для вас бюллетеней ’
Rn Прочитать сообщение номер п с заголовком
Vn Прочитать сообщение номер п без заголовка
RM Прочитать все сообщения на ваш позывной с заголовками
VM Прочитать все сообщения на ваш позывной без заголовков
RN Прочитать все новые сообщения на ваш позывной с заголовками
VN Прочитать все новые сообщения на ваш позывной без заголовков
S Послать сообщение
SB Послать на BBS бюллетень
SP Послать персональное сообщение на позывной
V Запросить версию программы BBS
? Получить файл помощи с перечнем всех команд
Далее BBS находит позывной вызвавшего корреспондента в аппаратном журнале, запоминает имя и другие данные этого корреспондента и проверяет, есть ли для него персональная информация. Если таковая имеется, то BBS выдает список заголовков этой информации, если нет, то выдает сообщение:
"Для Вас ничего нового нет. Вам доступны все команды.
BBS..."
Последняя строчка «BBS...» говорит о том, что BBS ждет команду и это буквосочетание является приглашением для ввода какой-либо из команд. Например, если вы желаете получить информацию обо всех доступных командах, следует выдать команду HELP или Н или?. Для ввода команды существует определенная закономерность. Команда должна выдаваться следующей строкой:
RYRY CMD HELP К
В этой строке перед командой непременно должно находиться буквосочетание «CMD» и один пробел, после командного буквосочетания также обязательно должен быть хотя бы один пробел. Начинаться командная строка должна буквосочетанием «RY », повторенным хотя бы два раза (как в примере).
В праздничный день можно каждому вызывающему передать поздравление. Для этой цели существует подключаемый приветственный файл.
При получении команд HELP, Н или? программа выдает файл помощи — список всех доступных пользователю команд. Следует помнить, что вся выдаваемая программой информация идет буквами русского алфавита (на русском языке), но подавать команды на BBS следует только буквами латинского алфавита.
По команде I программа выдает информационный файл, в котором может содержаться информация о радиостанции BBS, об операторе станции, городе и т. д.
По команде К А2 программа уничтожит персональное сообщение А2, если это сообщение адресовано вам. По команде КМ программа уничтожит все персональные сообщения, адресованные на ваш позывной.
По команде LM программа выдаст перечень всех персональных сообщений на ваш позывной, а по команде LN — перечень только новых персональных сообщений на ваш позывной, еще не просмотренных вами.
По команде L программа выдает перечень всех имеющихся на данный момент бюллетеней, а по команде LL 4 — перечень четырех последних бюллетеней.
Команды SB, S и SP служат для размещения в памяти BBS переданных вами бюллетеней или персональных сообщений. Различие между бюллетенем и персональным сообщением в том, что бюллетень доступен для
чтения ВСЕМ пользователям BBS и адресуется, как правило, WSEM, а персональное сообщение адресуется на какой-то позывной и может быть прочитано и уничтожено только этим корреспондентом.
По команде SB WSEM программа запрашивает название бюллетеня, например «Имею излишки радиодеталей». После ввода вами строки названия, программа предлагает ввести текст бюллетеня. Текст обязательно должен заканчиваться нажатием клавиши <Enter> и вводом буквосочетания /ЕХ. Это принято во всех пакетных сообщениях и я не стал нарушать установленное правило. Приняв заключительное буквосочетание /ЕХ, программа сообщает о приеме от вас бюллетеня и предлагает ввести новую команду. Точно таким же образом по команде SP RA3XB Вы можете передать на BBS персональное сообщение для RA3XB, которое сможет прочитать ваш корреспондент при первом же контакте с BBS. Команду S можно применять в сочетании с WSEM для бюллетеней.
По команде RM можно прочитать всю почту, адресованную на ваш позывной, при этом все сообщения будут выдаваться с расширенной информацией об отправителе; по команде VM можно то же, но с краткой информацией об отправителе. По команде RN можно прочитать всю новую почту на ваш позывной с расширенной информацией об отправителе; по команде VN — то же, но с краткой информацией.
По команде R А4 Вы сможете прочитать сообщение с номером А4, по команде R 2 — прочитать бюллетень с номером 2.
Для прекращения связи с BBS служит команда В.
Коротко о самой программе
Программа RTTY-BBS имеет три рабочих режима.
Первый режим — режим собственно электронной доски объявлений (или почтового ящика, если это название больше вам нравится). В этот режим программа попадает сразу же после запуска. Программа ждет вызова от удаленного корреспондента и отвечает на его команды в автоматическом режиме. Это главный режим программы. Если нажать какую-нибудь клавишу, то программа переходит под ваше управление — во второй режим. Второй режим — режим работы под управлением системного оператора (режим sysop). В этом режиме sysop может проверить действие всех команд BBS, подготовить бюллетени с нужной информацией и провести какие-то профилактические мероприятия. Программа выполнит все команды, доступные удаленному корреспонденту. Перечень команд вы получите от программы телетайпом по команде Н (Help). Вернуться в первый режим можно по команде Ь, как и для любого удаленного корреспондента. Чтобы выйти в операционную систему (MS-DOS), следует ввести команду QUIT. Кроме того, из этого режима можно перейти в третий режим по команде TERM.
Третий режим — режим терминала. В этом режиме программа работает как обычная RTTY-программа для проведения обычных телетайпных радиосвязей. Это программа имеет много общего с описанной выше программой RTTY_QSO. В табл. 7.10. приведены команды в режиме терминала. Следует обратить внимание на команду <Alt>+<F9>. По этой команде программа выдает на передачу не отдельное слово, а целую строку, в которой
Таблица 7.10. Список команд в режиме терминала
Клавиша Действие команды
<F1> <F2> <F3> <F4> <F5> <F6> <F7> <F8> <F9> <F10> <F11> <F12> <Alt>+<Fl> <Alt>+<F2> <Alt>+<F3> <Alt>+<F4> <Alt>+<F5> <Alt>+<F6> <Alt>+<F7> <Alt>+<F8> <Alt>+<F9> <Alt>+<F10> <Alt>+<X> <Ctrl>+<Fl> <Ctrl>+<F2> <Ctrl>+<F3> <Ctrl>+<F4> <Ctrl>+<F5> <Ctrl>+<F6> <Ctrl>+<F7> <Ctrl>+<F8> <Ctrl>+<F9> <Shift>+<Fl> <Shift>+<F2> <Shift>+<F3> <Shift>+<F4> <End> <Home> <Esc> <PgUp> <PgDN> Выдает на экран текст с описанием всех команд Увеличивает скорость передачи на одну ступень Уменьшает скорость передачи на одну ступень Выполняет реверс сигналов при приеме (прямой/обратный) Выполняет реверс сигналов при передаче (прямой/обратный) Разрешает ввод позывного корреспондента в таблицу данных Разрешает ввести с клавиатуры в таблицу имя корреспондента Разрешает ввести с клавиатуры в таблицу название города Разрешает ввести с клавиатуры в таблицу величину RST Разрешает ввести с клавиатуры величину температуры воздуха Вносит все необходимые данные в аппаратный журнал Выполняет обновление экрана Текст с дополнительной информацией Выдает на передачу текст общего вызова Выдает на передачу текст с просьбой повторить вызов (QRZ?) Производит вызов корреспондента по позывному из таблицы Выдает на передачу типовой текст начала радиосвязи Выдает на передачу заготовленный текст сообщения о своей аппаратуре Выдает на передачу типовой текст окончания радиосвязи Разрешает производить передачу непосредственно с клавиатуры Разрешает выдать на передачу строку текста с клавиатуры Разрешает выдать на передачу текстовый файл с заданным именем Выход в DOS Дополнительная информация о программе Включает или отключает громкоговоритель компьютера Очищает окно передачи Очищает окно приема Выдает на передачу текст из файла t5.msg Выдает на передачу текст из файла t6.msg Выдает на передачу текст из файла t7.msg Выдает на передачу текст из файла t8.msg Выдает на передачу текст из файла t9.msg Информация о программе Повысить тон звучания сигнала в громкоговорителе компьютера Понизить тон звучания сигнала в громкоговорителе компьютера Просмотр всех записей аппаратного журнала Выдает на передачу позывные и переводит станцию в режим приема Выдает на передачу позывные и остается в режиме передачи Срочный выход Переключает прием РУС/ЛАТ символов Ввести позывной корреспондента из информационной строки
могут содержаться пробелы. Из этого режима вернуться к первому или второму режиму нельзя. Можно только выйти в операционную среду.
В программе есть интересная особенность — она автоматически принимает и записывает в информационной строке позывной вызывающей станции. Как только в эфире прозвучит вызов, сразу же позывной отображается в информационной строке. Если вы пожелаете провести связь с этой станцией, то стоит только нажать определенную клавишу, и программа отыщет во встроенном аппаратном журнале последнюю связь с этим позывным и выдаст в информационной строке всю необходимую информацию об этой связи, а имя и другие важные данные запомнит. Так что оператору не нужно будет вручную вводить имя и город своего корреспондента. Кроме того, программа просматривает аппаратный журнал при вводе с клавиатуры в окно «call» любого позывного.
Файл с базой данных встроенного аппаратного журнала можно просмотреть полностью с помощью программы RTTY_BBS, а также специальной программой QSO-LOG. Эта программа позволяет, кроме того, проводить различные поиски в файле базы данных и распечатывать записи аппаратного журнала на принтере в форме отчета участника соревновайий.
Программа RTTY-BBS предназначена для компьютера IBM PC и может работать под управлением и MS-DOS, и Windows 95/98. Работа программы проверена на компьютерах с процессорами 386SX/33 МГц и Pentium 100 МГц в режиме испытательного стенда.
RTTY-BBS является программой экспериментальной, распространяется среди радиолюбителей свободно по принципу «как есть», т. е. без гарантий автора и претензий от пользователей. Вся документация к программе на русском языке. Скачать программу можно с Web-странички автора по адресу: http://users.kaluga.ru/ra3xb/ или http://ra3xb.narod.ru/.
И еще немного о телетайпе
Историки свидетельствуют о том, что после изобретения С. Морзе телеграфного кода и внедрения этого кода в работу на телеграфных линиях связи, стали появляться разработки новых, более хитроумных кодов. Но время всем хитроумным изощрениям предпочло простоту и надежность. Код Морзе продолжает служить людям и сегодня, в то время как о более сложных и хитроумных изобретениях все давно уже забыли.
То же самое, по моему мнению, произойдет и с телетайпом. За последнее время почти каждые полгода появляется новый вид цифровой связи, более изощренный, более напичканный всякими сложностями. Но наибольшей популярностью среди радиолюбителей все равно продолжает пользоваться простой и надежный телетайп. Так будет продолжаться и далее, пока не будут разработаны совершенно новые принципы цифровой радиосвязи.
AMTOR — модернизированный телетайп
Примерно 10-12 лет тому назад это был один из самых популярных на Западе видов цифровой радиосвязи. Он достаточно сложен и требует сложной аппаратуры, поэтому в настоящее время, когда появились более эффективные виды связи, популярность этого вида связи практически сошла на «нет». Предлагаю вам только очень краткое описание цифровой связи AMTOR. Для общего развития.
Принципы построения сигналов в AMTOR
Долгое время телетайп оставался единственным широко распространенным видом цифровой связи, несмотря на свои недостатки. В результате развития одного из вариантов модернизации традиционного телетайпа появилась новая система связи AMTOR. Как сообщил в своем ответе на одно из моих писем «отец» AMTORa англичанин Peter Martinez, этот вид связи был разработан в 1976 году. Название AMTOR произошло от усечения фразы AMateur Teleprinting Over Radio. Вольный перевод этой фразы выглядит примерно так: любительская передача печатных символов посредством радио.
AMTOR пользовался популярностью среди радиолюбителей довольно долго. Существовали даже небольшие локальные сети, почтовые ящики и информационные доски. Но с развитием других видов связи популярность AMTORa упала. Несмотря на это, AMTOR заслуживает того, чтобы о нем не забывали.
Как и обычный телетайп, AMTOR использует для передачи токовых и бестоковых посылок звуковые частоты с разницей в 170 Гц. Так, например, если бестоковая посылка передается звуковым сигналом частотой 1000 Гц, то токовая посылка — 1170 Гц.
Имеются и существенные отличия.
1. Каждый символ кодируется 7-битовым кодом. Это значит, что каждый символ имеет 7 информационных посылок. В RTTY кодирование выполнялось по 5-битовому коду. При этом каждый символ обязательно должен иметь в своем составе четыре единицы и три нуля, т. е. четыре бестоковые и три токовые посылки. Этот принцип используется для обнаружения ошибок. Стартовые и стоповые посылки отсутствуют.
2. AMTOR является синхронной системой, в которой через определенные промежутки времени передаются специальные синхронизирующие символы. Эта особенность накладывает серьезные ограничения на скорость переключения с приема на передачу и наоборот. Время переключения не должно превышать 20 мс.
3. Каждая информационная посылка имеет длительность 10 мс, следовательно, длительность символа составляет 70 мс. Скорость передачи постоянная и равна 100 бод.
4. Символы передаются блоками (пакетами), по три символа в каждом. Длительность передачи одного блока составляет 210 мс.
5. Вместо нормального позывного AMTOR-станция использует при первом установлении контакта так называемый SelCall — часть позывного, состоящую из четырех символов. Например, обладатель позывного UA3XBI может для своей станции назначить SelCall UXBI.
6. AMTOR имеет три основных рабочих режима: A (ARQ), В (FEC) и L (Listen).
В табл. 7.11. приведены коды символов AMTOR.
Во многих литературных источниках для обозначения информационных посылок (битов) применяются обозначения Y и В, при этом Y = 0, В = 1.
Буквы русского алфавита я привел на всякий случай, возможно, они кому-то могут потребоваться. Во всех известных мне программах AMTOR используется только латинский алфавит.
Цифровая связь PACTOR
Этот вид связи очень популярен на Западе, где служит базовым видом связи для любительской радиосети на коротких волнах. Дело в том, что этот вид связи лучше всех других цифровых видов связи работает на коротких волнах. В спутниковой связи PACTOR не применяется, но знать его основы необходимо, поэтому я ниже привожу только самые основные сведения об этом виде связи. Много информации можете найти в книге «Компьютер на любительской радиостанции».
Принципы построения сигнала в PACTOR
PACTOR появился в начале 1990-х годов. В странах Западной Европы и США уже много лет существует большая радиолюбительская сеть, основу которой составляют BBS, работающие в этом режиме. Как показали многочисленные опыты, PACTOR лучше других видов цифровой связи работает в условиях помех, присущих низкочастотным коротковолновым диапазонам.
В нашей стране любительская радиосеть еще только начинает развиваться, и при этом основу этой сети составляют BBS-станции, работающие в режиме РАКЕТ RADIO. Режим PACTOR еще не нашел широкого распространения. Основной причиной такого положения, на мой взгляд, является большая сложность создания чисто программных реализаций этого вида связи в отличие, например, от RTTY. Не последнюю роль играет так
же отсутствие в продаже дешевых аппаратных модемов и контроллеров для РACTOR. Западные изделия слишком дороги.
Главной особенностью режима PACTOR является необходимость организации постоянно действующих прерываний с интервалом ровно в 1 мс и корректировки (при необходимости) длительности этого интервала программным путем, т. е. программа должна работать в режиме реального времени. Западные фирмы разработали специальные.аппаратные кон-
Таблица 7.11. Коды символов AMTOR
№ Латинский алфавит Русский алфавит Цифры Информационные посылки Шестнадцатеричный номер
00 Русский I регистр Код 93 0101011 2В
01 т ' 1 т 5 0010111 17
02 Возврат к аретки код 10 0001111 0F
03 0 0 9 1000111 47
04 Проб ел код 32 0011101 ID
05 Н X Я 1001011 4В
06 N Н 1001101 4D
07 М м 1001110 4Е
08 Перевод строки код 13 0011011 1В
09 L Л ) 1010011 53
10 R Р 4 1010101 55
11 G Г Ш 1010110 56
12 I И 8 1011001 54
13 Р п 0 1011010 5А
14 С ц 1011100 5С
15 V •\т/» = 0011110 IE
16 Е Е 3 0110101 35
17 Z 3 + 1100011 63
18 D Д ч 1100101 65
19 В Б ? 0100111 27
20 S С ( 1101001 69
21 Y Ы 6 1101010 6А
22 F Ф э 1101100 6С
23 X Ь / 0101110 6Е
24 А А 1110001 71
25 W В 2 1110010 72
26 J Й Ю 1110100 74
27 Регистр цифр код 124 0110110 36
28 и У 7 0111001 39
29 Q 0 1 0111010 ЗА
30 К К ( 0111100 ЗС
31 Латинский регистр код 91 0101101 2D
Служебные символы
<RQ> 0110011 33
«альфа» 1111000 78
«бета» 1100110 66
CS1 1010011 53
CS2 0101011 2В
CS3 1001101 4D
7 Зак. 1126
троллеры (TNC) и множество компьютерных программ для работы с этими контроллерами.
Каждый передаваемый в режиме PACTOR символ кодируется 8-битовым кодом и состоит из 8 токовых и бестоковых посылок. Длительность одной посылки при скорости 200 бод составляет 5 мс, а при скорости 100 бод — 10 мс, при этом каждая посылка передается серией импульсов длительностью в 1 мс.
Коды PACTOR-символов полностью соответствуют стандартной кодировке IBM, используемой в MS-DOS. Поэтому никакой дополнительной перекодировки символов не требуется.
Разница между частотами сигналов «mark» (высокая звуковая частота, например 1200 Гц) и «space» (низкая звуковая частота, например 1000 Гц) должна составлять 200 Гц. Кроме служебных и информационных символов, кодированных 8-битовым кодом, имеются также 4 подтверждающих символа (символы синхронизации), каждый из которых состоит из 12 бит.
PACTOR дает возможность проводить радиосвязи в трех основных режимах.
1. Режим FEC (Forward Error Correction — прямое исправление ошибок) позволяет передавать в эфир файлы с информацией, доступной для любой из находящихся в данный момент на частоте радиостанций. В радиолюбительской практике таким файлом может быть файл с текстом общего вызова. Свободно принимать эти передачи может любая из находящихся на этой частоте PACTOR-радиостанций, если эта радиостанция в данный момент находится в режиме LISTEN.
Режим FEC всегда работает со скоростью 100 бод при длине пакета информационных символов от 6 до 9. Начинает работать на передачу при длине пакета 9 символов, но в случае плохого прохождения количество символов в пакете может уменьшиться до 6. Кроме того, в зависимости от прохождения каждый из передаваемых пакетов может передаваться несколько раз подряд. Число повторов может быть 2 или 3. Одни программы требуют установки числа повторов в конфигурационном файле, другие выбирают это число сами.
2. Режим LISTEN (или MONITOR) позволяет четко принимать на экране дисплея своего компьютера сигналы другой PACTOR-станции, которая ведет передачу в режиме FEC. Но если станция, работающая в режиме LISTEN, настроится на частоту каких-либо двух других радиостанций, которые обмениваются между собой информацией в режиме ARQ (MARQ), то она сможет получать на экране своего дисплея только отдельные фрагменты этого обмена, приходящиеся на очень непродолжительные отрезки времени случайной синхронизации.
Режим LISTEN (в некоторых программах — MONITOR) позволяет принимать и отображать на дисплее своего компьютера всю информацию,
которую на данной частоте другая PACTOR-станция передает в режиме FEC. Если ваша станция находится в режиме LISTEN и начинает принимать сигналы другой станции, которая вызывает вас в режиме ARQ, то она тут же начинает отвечать вызываемой радиостанции короткими подтверждающими импульсами. При хорошем приеме и правильном декодировании сигналов обеими станциями они автоматически входят в синхронный режим обмена информацией — режим ARQ.
Следует знать, что режим FEC на одной станции и режим LISTEN на другой позволяют проводить QSO по типу телетайпной связи в асинхронном режиме.
3. Режим ARQ (Auto ReQuest -автоматический запрос на повторение) предполагает работу двух радиостанций по обмену информацией в полной зависимости друг от друга. Эта зависимость устанавливается специальными сигналами — синхросимволами. При этом ведущая передачу станция полностью берет на себя управление приемной радиостанцией, т. е. устанавливается режим синхронной работы двух радиостанций.
В радиолюбительской практике возможен такой случай, когда в ответ на общий вызов вашей радиостанции в режиме FEC вас начинает вызывать какая-то станция в режиме ARQ, между двумя вашими станциями устанавливается нормальный режим синхронизации и нормальный обмен информацией. Если вдруг резко ухудшается прохождение, то работа в режиме ARQ становится невозможной, но все еще можно будет попытаться продолжить работу в режиме FEC с частичной потерей информации.
Режим ARQ начинается с вызова определенной станции. Сначала следует ввести позывной корреспондента, настроиться на его частоту и только после этого включать режим ARQ. Ваша станция начинает тут же выдавать пакеты длительностью чуть меньше одной секунды с интервалами между пакетами длительностью в несколько миллисекунд. Если вызываемая станция принимает пакеты вашей станции и правильно их декодирует, то она начинает вставлять свои ответные подтверждающие импульсы в интервалы между пакетами вызываемой станции. Если ваша станция правильно примет и декодирует ответные подтверждающие импульсы, то между станциями устанавливается надежная связь в синхронном режиме, во время которой синхронный режим поддерживается постоянным обменом подтверждающими и синхронизирующими символами. В этом режиме передающая станция является главной (master, или ведущей) и заставляет принимающую станцию (slave, или ведомую) четко выполнять все необходимые команды.
В режиме ARQ передача информации может происходить со скоростью 200 или 100 бод. Других скоростей нет. Начинают работу со скорости 200 бод, но в случае ухудшения прохождения скорость снижается до 100 бод. Переменной величиной является также и число информационных символов в пакете. Наибольшее число символов в пакете равно 20 и
может быть установлено программой только при скорости 200 бод. При скорости 100 бод наибольшая длина пакета равна 9 символам. При ухудшении прохождения эти цифры могут уменьшаться. В начале каждого пакета передается цифра, означающая длину пакета, поэтому принимающая сторона заранее знает, какой длины пакет ей предстоит принять.
Программа TERMAN93 работает в режиме PACTOR
Если вдруг, наперекор моим прогнозам, появится спутник, в котором будет задействован PACTOR, то для проведения радиосвязей вы сможете воспользоваться описанной ниже программой.
О программе TERMAN93
Программа TERMAN93 разработана известным программистом из Швейцарии Томом Сайлером (Tom Sailer, HB9JNX) в 1994 году. Программа имеет несколько вариантов исполнения, но здесь мы рассмотрим только вариант, предназначенный для работы с модемом типа AN93. Вместо модема AN93 можно с успехом использовать описанный в гл. 8 модем типа MODEM22. На сайте по адресу: http://users.kaluga.ru/ra3xb/ или http:/ /ra3xb.narod.ru/ имеется документация на русском языке к этой программе и некоторые необходимые для работы на русском языке файлы.
Непосредственно саму программу можно скачать с Web-страницы Тома Сайлера, которая находится по адресу http://www.baycom.org/~tom/ham/ ham.html, или взять ее из другого, более удобного для вас источника. Взятую в Интернет программу следует распаковать в предназначенную для этой программы поддиректорию, после чего скопировать туда файлы документации на русском языке и файлы, необходимые для работы на русском языке. Программа TERMAN93 предназначена для работы в режимах RTTY, AMTOR и PACTOR. В режиме RTTY качество приема сигналов неудовлетворительное, а в режимах AMTOR и PACTOR все в норме. В данном разделе рассматривается работа программы только в режиме PACTOR.
Как подключить программу
Программа может работать на компьютерах с процессором 286 и выше с использованием модема типа MODEM22, Подключение модема к компьютерному порту RS-232C выполняется по схеме, приведенной в табл. 7.13.
Таблица 7.13. Схема подключения модема
Название линии Разъем DB25 Разъем DB9 Выполняемые действия
RTS 4 7 Включение прием/передача
DTR 20 4 Модуляция сигнала (передача)
DCD 8 1 Принимаемый сигнал (прием)
SG 7 5 Сигнальное заземление
Конфигурационный файл
Конфигурация выполнена в файле allmode.ini. Это обычный текстовый ASCII-файл, разделенный на секции. Названия секций заключены в квадратные скобки. Редактировать файл нужно простым редактором в системе MS-DOS, соблюдая изложенные ниже требования при выборе величин. В каждой строке просмотрите записанную после знака равенства величину параметра и в случае необходимости отредактируйте ее. Если назначаемый параметр — величина вещественная (boolean), то может быть записано О, F, 1 или Т. Целые числа могут быть десятичными (decimal) или шестнадцатеричными (hexadecimal). Шестнадцатеричные числа должны оканчиваться на «Ь».
Секция [AN93]
ConvAdjust=23
В АМ93-версии эта строка управляет выбором времени часов компьютера. Этот параметр используется, чтобы отрегулировать часы компьютера в соответствии с быстродействием процессора, установленного на компьютере. Величину параметра следует уменьшать, если часы идут с замедлением. Признак замедления: в этом случае величина «dt» в окне статуса имеет главным образом отрицательное значение во время связи в режиме AMTOR SLAVE или PACTOR SLAVE.
ComRTSInv=F
Линия RTS COM-порта служит как РТТ-линия переключения прием/ передача. Если РТТ-логика инвертирована, вы можете исправить это, установив вместо F значение Т или 1.
ComDTRInv=F
Линия DTR COM-порта работает при передаче (TxD) и подает сигналы управления частотой тонального генератора. Если произведенные тоны должны быть инвертированы, вы можете исправить это, установив ComDTRInv=T.
ComDCDInv=F
DCD-линия COM-порта служит для ввода данных в компьютер.
Если DCD логика обратная, вы можете исправить это, установив ComDCDInv=T.
ComAddr=3F8H
Адрес COM-порта имеет следующие значения: 3F8H для COMI, 2F8H для COM2, ЗЕ8Н для COM3 и 2Е8Н для COM4
LptAddr=OH
Адрес LPT-порта имеет следующие значения: 378Н для LPT1,278Н для LPT2. Величина 0 означает, что LPT не используется.
Секция [РACTOR]
RxAfterTx=50
Этот параметр определяет, сколько миллисекунд программа должна ждать начала передачи в режиме SLAVE.
Для DX установите его равным TxDelay. Если вы хотите проводить ближние связи, установите приблизительно 50. Если для проведения DX-связей Pactor-связь должна идти по длинному пути прохождения (LongPath mode), вы можете задать весьма большую величину этого параметра.
TxDelay=50
Время задержки в миллисекундах вашего приемопередатчика для переключения с приема на передачу и наоборот.
MyCall=MYOCALL
Ваш позывной (до 8 символов)
StreamFEC=T
Разрешает поток в режиме FEC. Если поток запрещен, используется нормальный выбор времени для FEC, иначе — сжатый выбор времени.
FECRetrans=2
Определяет число повторных передач пакета в FEC-режиме. Обычно 2, но если прохождение очень хорошее, можно установить 1.
Секция [LISTEN]
CheapPactor=F
Если вы имеете медленный компьютер, то могут быть проблемы при переходе в режим приема, и появляется сообщение «LOST INTS». Тогда попробуйте установить этот параметр в Т.
Секция [PACTOR_CALLS]
Call##=CAOLL
Список позывных, которые вы используете часто. Позывные, введенные здесь, появятся в Pactor Call меню, где их можно выбрать.
## являются порядковыми числами, начиная с 00.
Секция [FILES]
Desc##=Title
Name ##=F i1ename
Список текстовых файлов, к которым вы обращаетесь часто. Эти файлы появляются в меню передачи.
## являются порядковыми числами, начиная с 00.
Секция [CWID]
Speed=180
Скорость передачи телеграфом (CW) позывного вашей станции. Чтобы передавать позывной телеграфом сразу же после включения на передачу, следует устанавливать большое значение параметра (например, от 180 до 240).
Interval=600
Интервал CW-передач (в секундах) в течение ARQ QSO. Установите величину этого параметра как можно больше.
Величина 0 запрещает CW-передачу.
Call=MYOCALL
Текст, который должен быть послан как передача CWID. Запишите 0, если вы не хотите передачи CWID.
Секция [Windows]
ScrollBackLines=400
Число строк в буфере прокрутки текста.
Возможны значения от 50 до 400 или 0, если вы не хотите иметь буфер прокрутки.
NoStatus=F
Позволяет скрывать статус и окно монитора.
Секция [Colours]
Общий цветовой формат: хуН, где
X — цвет фона
У — цвет переднего плана.
Цвета фона Цвета переднего плана
0 черный 8 темно-серый
1 синий 9 светло-синий
2 зеленый А светло-зеленый
3 голубой В ярко-голубой
4 красный С ярко-красный
5 сиреневый D ярко-сиреневый
6 коричневый Е желтый
7 светло-серый F ярко-белый
Cursor=xyH
Цвет курсора.
Frame=хуН
Цвет рамок между окнами.
Monitor=xyH
Цвет монитора и окна статуса.
Тх=хуН
Цвет окна передачи.
RxMessages=xyH
Цвета программных сообщений, появляющихся в окне приема.
RxSent=xyH
Цвет переданного текста.
RxReceived=xyH
Цвет полученного текста.
Наладка часов компьютера
Сигнал с выхода (вывод 20 при DB25) подать на частотомер, способный измерять тысячные доли герца. При этом программа должна находиться в режиме Adj ustClock. В этом режиме компьютер должен генерировать сигнал частотой ровно 400 Гц. Изменять частоту генерации следует изменением 3Ha4eHHHAdjustClock. Начальное значение, записанное в файле allmode.ini, составляет AdjustClock=23. Изменяя величину этого параметра,добиться, чтобы показания частотомера были не хуже 400 ± 0,30 Гц (± ЗОррш).
Вы можете также проверить чистоту тона, генерируемого компьютером. Для этого подключите один вывод громкоговорителя через последовательный резистор 1 кОм к контакту 20 COM-порта компьютера (для разъема DB25), а второй вывод подключите к земле. Тон, который вы услышите, будет не очень чист. Это нормально. Но если степень загрязнения высока, система будет работать плохо! Это может происходить из какой-то другой резидентной TSR-программы, прерывания которой вызывают помехи. Удалите из памяти все резидентные программы, насколько это возможно!
Если вы не имеете такого точного частотомера, то можете регулировать часы во время работы в эфире. Попросите друга-радиолюбителя вызвать вас в режиме AMTOR или PACTOR и следите во время установления связи за величиной dt в окне статуса и появлением символов «о» и «п» в окне монитора. Эти символы и величина dt показывают количество случаев подгонки частоты программой в автоматическом режиме. В лучшем случае величина dt = 0 — самый приемлемый вариант. Изменяя величину AdjustClock, добейтесь, чтобы dt = 0, а символы «о» и «п» в окне монитора появлялись очень редко.
Работа с программой
Не используйте приемник с узкополосным фильтром, особенно с DSP-версией. Эти фильтры обычно очень сильно искажают сигналы, особенно на краях полосы пропускания фильтра.
Не используйте фильтры с полосой пропускания меньше 500 Гц. Даже полоса 500 Гц может оказаться слишком узкой, поэтому попробуйте начать работу без фильтра.
Помните: полоса сигналов при приеме PACTOR-сигнала со скоростью 200 бод составляет 400 Гц. Подрегулируйте центральную частоту вашего конвертера к центральной частоте фильтра приемника.
Управление программой выполняется через меню.
Экран разделен на 3 основные области:
• Rx окно — самая большая область. Здесь отображается белыми буквами все то, что вы получили от партнера по QSO, и синими буквами все то, что вы напечатали, и что уже передано.
• Тх окно — составляет всего несколько строк. В этом окне отображается все, что вы в настоящее время печатаете.
Обратите внимание, что напечатанное слово не будет послано до тех пор, пока вы не напечатаете небуквенный символ или не нажмете клавишу <Enter>. В AMTOR и RTTY такое положение не позволяет удалить из слова неверно напечатанный символ (В PACTOR, вы можете исправлять столько, сколько хотите, нажимая клавишу <BACKSPACE>, — сигнал этой клавиши передается по эфиру.)
• Окно Монитора отображает все, что происходит в настоящее время в эфире. Вы должны знать основы протокола этих видов связи, чтобы понимать, что все эти символы означают. То же самое относится и к окну состояния связи, расположенному справа внизу.
Меню вызывается клавишей <F2>. Вы можете выбрать любой пункт при помощи клавиш-стрелок, после чего нужно нажать клавишу <Enter>. Некоторые пункты меню имеют «подменю», которые обозначены стрелкой, указывающей направо. При выборе такого пункта появляется окно с пунктами подменю.
Я не буду объяснять каждый пункт меню, так как все действия предельно простые. Существует строка подсказок, где указано большинство команд.
Одно замечание: сразу же после запуска программы ничто не включается. Если вы хотите слушать QSO в AMTOR или PACTOR, нажмите клавишу <F4>.
RTTY и AMTOR обычно имеют сдвиг рабочих частот 170 Гц, PACTOR имеет сдвиг 200 Гц, однако AMTOR и RTTY большинства западных стан
ций, которые работают с контроллером РТС, имеют сдвиг также 200 Гц. Так что, 170 и 200 Гц в любительском эфире перемешаны. Некоторые радиолюбители устанавливают в своих модемах величину сдвига 185 Гц, чтобы без перестройки работать и в режиме RTTY, и в режиме PACTOR, как говорится, ни вашим, ни нашим.
В течение QSO или для быстрой настройки постоянно пользуйтесь индикатором настройки в верхней части экрана.
Некоторые особенности PACTOR
В режиме PACTOR присутствует несколько необычных вещей. К примеру,нет никакого автоматического алгоритма для увеличения скорости, т. е. вы должны вручную включать повышение скорости до 200 бод. Уменьшение скорости происходит автоматически, если пакет не удается правильно получить в течение четырех циклов. Обратите внимание, что вы можете только запрашивать повышение скорости, если вы — станция получения информации (IRS).
Причина в том, что в полностью автоматическом режиме программа будет затрачивать слишком много времени на безуспешное переключение скорости то вверх, то вниз. Наблюдая информацию в окне статуса, можно всегда сделать вывод о необходимости увеличения скорости и сделать это вручную. После приобретения некоторого опыта это будет легко.
Иногда PACTOR не может разъединиться, то есть, если вы хотите разъединиться с корреспондентом, но отсутствует подтверждение от него, то пребывание в состоянии связи будет продолжаться до получения подтверждения. Это будет устранено в новой версии программы. Вы можете прекратить передачу пакетов вручную, нажав клавишу <F4> (Listen mode).
Как передавать файлы
Дать команду на передачу файла можно через меню. Файлы, которые используются часто, введите в файл allmode.ini, секция [Files], и они будут в меню. Кроме того, их можно передать нажатием на «горячие клавиши». При нажатии клавиш от <Shift>+<Fl> до <Shift>+<F10> передаются файлы 00-09, при нажатии клавиш от <Ctrl>+<Fl> до <Ctrl>+<F10> посылаются на передачу файлы 10-19, а клавиши от <Alt>+<Fl> до <Alt>+<F10> посылают на передачу файлы 20-29.
Эти файлы могут содержать следующие специальные символы:
\\ — послать одну наклонную влево черту;
\q — закончить передачу (и файл) в этом пункте;
\t — вставить время;
\d — вставить дату;
\w — вставить день недели.
Как осваивать работу в PACTOR
Основная особенность работы в PACTOR и AMTOR заключается в необходимости исключительно быстрого, в пределах единиц миллисекунд, переключения радиостанции с приема на передачу и наоборот. Никакие электромагнитные реле здесь не обеспечат необходимого быстродействия. Нужны электронные (транзисторные) переключатели. Подобная схема работает в трансивере RA3AO.
Для начала установите транзисторный переключатель прием/передача на свой трансивер. Затем сделайте необходимые переводы документации к программе TERMAN93 и выпишите на отдельную шпаргалку все команды, задействованные в этой программе. Это очень удобно при освоении новой программы иметь постоянно перед глазами перечень задействованных в программе команд. Программа очень хороша тем, что имеет слева внизу окно монитора, в котором отображается вся принимаемая информация. Модем нужно использовать универсальный, чтобы обеспечить работу во всех видах цифровой связи, например MODEM22. Описание этого модема размещено в Интернете по адресу: http:// users.kaluga.ru/ra3xb/ или http://ra3xb.narod.ru/.
Необходимо только на линии приема сигналов между модемом и компьютером поставить переключатель. Дело в том, что для приема пакета на COM-порте компьютера используется вывод CTS (номер 5 для DB25), а для приема сигналов программы TERMAN93 необходимо использовать вывод DCD (номер 8 для DB25).
Прием сигналов AMTOR и PACTOR в окне монитора никаких проблем вызывать не должен. Введите свой позывной и все другие необходимые данные в файл allmode.ini. Выберите самую громкую BBS-станцию, настройтесь на ее частоту и начинайте вызывать. После нескольких неудачных попыток начнете получать от BBS ответные сигналы. Это значит, что между вашими станциями установилась нормальная синхронизация и вы в окне приема начнете получать пакеты с информацией, из которых будут складываться текстовые строки. Но после приема одной-двух строк BBS перестанет принимать сигналы вашей радиостанции, и связь прекратится. Это говорит о том, что нужно провести коррекцию часов программы TERMAN93. Для этих целей в инициализационном файле программы allmode.ini, вернее в разделе [PACTOR] этого файла, находится строка ConvAdj us t=2 3. Можно увеличить значение параметра 23 на 4 единицы и снова вызывать эту же станцию. Результаты могут оказаться тоже плохими. ycTaHOBHTeConvAdjust=30. Пробуйте вызывать BBS снова. Повторяйте эти процедуры до тех пор, пока связь с BBS не станет непрерывной.
Все зависит от быстродействия процессора вашего компьютера. Мне известны результаты, когда для Pentium 100 величина ConvAdjust=32, а для Celeron 330 - ConvAdjust=49.
Таким путем вы становитесь полноправным участником работы в радиолюбительской сети, можете отправлять и получать через свою «home BBS» любую корреспонденцию для любого корреспондента. Не забывайте только уничтожать все прочитанные адресованные вам сообщения.
Packet Radio — один из главных видов цифровой связи
Практически все спутники, имеющие на борту аппаратуру для цифровой радиосвязи, используют Packet Radio. Этот вид связи используется в самом широком диапазоне скоростей, но наиболее часто встречается работа со скоростью 1200 и 9600 бод. В этой книге я опишу основные принципы работы Packet Radio и один из самых простых и эффективных методов работы в этом режиме.
Основные принципы построения сигнала в Packet Radio
Пакетная радиосвязь (Packet Radio) — это цифровая документальная безошибочная связь. Она осуществляется с помощью компьютера, подключаемого к радиостанции через пакетные контроллеры TNC (Terminal Node Controller). Такой контроллер представляет собой небольшую ЭВМ с процессором типа Z80 или аналогичным. Назначение контроллера:
• Получать от приемника радиостанции сигналы, декодировать эти сигналы и выдавать их на COM-порт компьютера.
• Получать от компьютера предназначенный для передачи текст, разбивать его на пакеты нужной длины, кодировать символы пакета и выдавать их на передатчик радиостанции.
Таким образом, контроллеры TNC аппаратного исполнения являются связующим звеном между компьютером и радиостанцией. Как правило, это достаточно дорогие изделия, но качество приема и передачи с помощью этих аппаратов всегда хорошее.
Кроме того, существуют пакетные контроллеры, выполненные программно. В качестве примера назову такие программные контроллеры (их часто называют эмуляторами TNC), как L2, TFPCX, TFKISS, AGWPE и многие другие. При использовании программных контроллеров связующим звеном между компьютером и радиостанцией является аппаратный модем, который будет передавать сигналы от компьютера к радиостанции и наоборот. Описание некоторых конструкций таких модемов приведено в гл. 8.
В основе пакетной связи находится понятие «кадр», зачастую называемый «пакет».
Что такое ПАКЕТ
Пакетная передача данных по каналу связи осуществляется небольшими блоками данных, называемых кадрами. Кадры разделяются на ин
формационные и служебные. Существует несколько типов служебных кадров, но все они имеют одинаковую структуру. Служебные кадры, называемые супервизорными, обозначаются буквой ‘S’, служебные кадры ненумерованные обозначаются буквой ‘U’. Формат служебных кадров показан в табл. 7.14. Эти кадры необходимы для выполнения процедур протокола АХ.25. Так, например, супервизорные кадры (S) служат для подтверждения приема неискаженных помехами кадров или для запроса повторной передачи искаженных кадров. Ненумерованные кадры (U) служат для установления логического соединения и других случаев управления обменом в сети. Вся передаваемая информация содержится в информационных кадрах, обозначаемых буквами Т’ или ‘Ш’. Структура информационного кадра приведена в табл. 7.15.
Обратите внимание, что первый посылаемый бит расположен слева.
Каждый кадр делится на отдельные области, называемые полями. Размеры полей различны, задачи для каждого поля строго определены ПРОТОКОЛОМ.
Каждое поле состоит из целого числа байтов и выполняет специальные функции, описанные ниже.
Поле флага
Поле флага имеет длину в один байт. Поскольку флаг используется для разграничения кадров, он присутствует как в начале, так и в конце каждого кадра. Два кадра могут иметь один общий флаг, обозначающий конец предыдущего кадра и начало следующего. Флаг состоит из нуля, за которым следуют шесть единиц и опять нуль, или 01111110 (7Е в шестнадцатеричной системе исчисления). В результате вставки битов (см. ниже функцию Вставка битов) такая последовательность не может появиться нигде внутри полного кадра.
Поле адреса
Поле адреса используется для идентификации как отправителя кадра, так и его получателя, и содержит адреса назначения и отправителя, т. е. позывные сигналы радиостанций в коде ASCII (КОИ-7), а также
Таблица 7.14. Формат служебных кадров S и U
Флаг Адрес Управление Контрольная сумма (FCS) Флаг
01111110 112/560 бит 8 бит 16 бит 01111110
Таблица 7.15. Информационный кадр I
Флаг Адрес Управление PID Информационное поле Контрольная сумма (FCS) Флаг
01111110 112/560 бит 8 бит 8 бит N х 8 бит 16 бит 01111110
позывные станций-ретрансляторов, если таковые применяются. Кроме того, поле адреса содержит информацию типа команда/ответ, а также средства, обеспечивающие работу ретранслятора 2-го уровня.
Поле управления
Поле управления используется для идентификации типа посылаемого кадра и для управления различными признаками соединения 2-го уровня. Его длина составляет один байт.
Поле PID
Поле идентификатора протокола (PID) присутствует только в информационных (I и UI) кадрах. Это поле служит для определения приемной стороной конкретной версии протокола, применяемого передающей стороной.
Это устраняет различные недоразумения, которые могут возникнуть в процессе развития и совершенствования протоколов любительской пакетной радиосвязи. В настоящее время у радиолюбителей в ходу по меньшей мере три версии протоколов канального уровня, и необходимо точно знать, какой из них придерживается корреспондент.
Информационное поле
Информационное поле используется для переноса данных из одного конца канала связи в другой. Информационные поля разрешены только в трех связках кадров: 1-кадр, UI-кадр и FRMR-кадр. 1-поле может иметь длину до 256 байт и должно содержать целое число байтов. Эти ограничения должны применяться до вставки нулевых битов. Любая информация в 1-поле будет посылаться по каналу связи прозрачно за исключением вставки нулевого бита, необходимого, чтобы воспрепятствовать случайному появлению флагов в 1-поле.
Следует заметить, что с увеличением длины кадра увеличивается время его передачи, что повышает вероятность поражения его помехой, а также увеличивается время ожидания передачи других абонентов, работающих в данной сети. Поэтому радиолюбители редко передают кадры с длиной информационной части более 1024 бит (128 байт).
Вставка битов
Чтобы гарантировать, что последовательность битов флага случайно не появилась нигде более в кадре, посылающая станция должна контролировать последовательность битов на присутствие в ней группы из пяти и более подряд стоящих единичных битов. Каждый раз, когда посылаются пять подряд стоящих единичных битов, посылающая станция должна вставлять нулевой бит после пятого единичного бита. При получении кадра, каждый раз, когда принимаются подряд пять единичных битов, нулевой бит, непосредственно следующий за этими пятью единичными битами, должен отбрасываться.
Проверочная последовательность кадра
Проверочная последовательность кадра (или FCS — контрольная сумма) — это 16-битовое число, вычисляемое отправителем и получателем кадра. Она используется, чтобы удостовериться в том, что кадр не был искажен средой, используемой для передачи кадра от отправителя к получателю, и вычисляется в соответствии с рекомендациями ISO 3309 (HLDC).
При передаче вся битовая последовательность кадра подвергается подсчету. Результаты подсчета и представляют контрольную сумму. При приеме также выполняется подсчет, результаты которого сравниваются с принятой контрольной суммой. Если они не совпадают — в принятом кадре имеется ошибка и кадр необходимо повторить.
Порядок передачи битов
За исключением поля FCS все поля кадра АХ.25 должны посылаться, начиная с младшего значащего бита. FCS посылается, начиная со старшего значащего бита.
Недействительные кадры
Любой кадр, состоящий менее чем из 136 битов (включая открывающий и закрывающий флаги), не ограниченный открывающим и закрывающим флагами или не отвечающий требованию по числу байтов (целому числу байтов), должен рассматриваться в данном канальном уровне как недействительный кадр.
Процедура компоновки кадра при передаче и его распаковка до уровня пакета относятся ко второму уровню эталонной модели МОС — протоколу управления информационным каналом и обычно выполняется в пакетном адаптере аппаратно-программными средствами. Благодаря этому осуществляется безошибочная связь между корреспондентами непосредственно или же через цифровой ретранслятор (Repeater).
Цифровые ретрансляторы — это специальные радиостанции, расположенные на возвышенных местах или высоких сооружениях. Работают круглосуточно в автоматическом режиме. Используют для связи ультракороткие волны. Эти радиостанции ведут прием цифровых (или аналоговых) сигналов, переносят принятые сигналы на другую частоту и передают их в эфир уже на новой частоте. Ретрансляторы могут устанавливаться на искусственных спутниках Земли. Заметим, что ретрансляторы можно объединить в цепочки. На каждом этапе происходит проверка кадра на ошибки при приеме и подтверждается безошибочный прием.
Благодаря адресной части кадра возможен обмен между двумя или группой корреспондентов в сетях пакетных радиостанций, т. е. когда на одной частоте работает большое число логически связанных или не связан
ных между собой корреспондентов. Понятие логической связи, или, как говорят специалисты, виртуального соединения, состоит в том, что пакеты между парой любых абонентов передаются в общем канале связи, используемом множеством других абонентов, и селектируются по адресам (в любительском варианте — позывным), имеющимся в заголовке кадров, только теми абонентами сети, с которыми установлено логическое соединение.
Для того чтобы пакеты, по возможности, не накладывались друг на друга во времени, существует дисциплина, или, как чаще говорят, протокол доступа в канал (на частоту) коллективного пользования. Любители применяют протокол множественного доступа с контролем занятости канала.
Как это осуществляется практически? Корреспондент перед передачей проверяет занятость канала и немедленно начинает передачу, если канал свободен. Если же канал занят, то передача кадра откладывается на некоторое время, устанавливаемое оператором перед вхождением в сеть (в зависимости от ее загрузки). По истечении этого времени снова проверяется занятость канала, и процедура повторяется. Чем больше загружена данная частота, тем больше среднее время ожидания передачи кадра.
Любительская пакетная радиосвязь кроме связи типа «корреспондент— корреспондент», обращения к PBBS, почтовым ящикам (малым по объему памяти PBBS) и маякам (Beacons — почтовым ящикам для срочных сообщений, периодически сообщающим о наличии в них телеграмм) позволяет осуществлять передачу через станции- шлюзы (Gateways). Эти станции принимают пакеты на одной частоте и передают их на другой, например, из одной KB-сети в другую, с УКВ на КВ, с КВ через спутниковый У KB-канал и т. д. Причем можно передавать не только смысловые и графические сообщения, но и программы для компьютеров. Для этого в каждом контроллере предусмотрен прозрачный режим передачи, при котором передача осуществляется не символами семизначного кода КОИ-7, как при обмене смысловой информацией, а непосредственно натуральным двоичным кодом.
Пакетная радиосвязь может осуществляться и через любительские спутники. Так, например, некоторые спутники позволяют обмениваться пакетами через специальный цифровой ретранслятор. Другие спутники позволяют получить от них информационные бюллетени в пакетном режиме. Вообще говоря, пакетная связь чрезвычайно удобна для связи через низкоорбитальные спутники, время радиовидимости которых ограничено минутами. Однако за счет достаточно высокой скорости передачи (1200 бод) можно успеть обменяться информацией со многими корреспондентами .
Сеть AMPR
Интернет прочно вошел в жизнь нашего общества. Радиолюбительская сеть получила новую возможность — войти в Интернет и стать как бы его составной частью благодаря ПРОТОКОЛУ TCP/IP.
TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) — это профессиональный коммуникационный протокол. Он позволяет связать различные компьютерные системы, использующие разные сетевые протоколы (в том числе связать локальные сети пакетной радиосвязи с сетью Интернет), в единую глобальную компьютерную сеть.
Для работы в TCP/IP Фил Карн (Phil Karn, KA9Q) в 1989 году выпустил свою знаменитую программу NET, впоследствии доработанную и названную NOS (Network Operating System). В настоящий момент существует более десятка версий NOS, доступных в исходных кодах, для различных машин (IBM, Sun, Macintoch и т. д.) и различных операционных систем (MS-DOS, Windows, UNIX). Это: KA9Q, JNOS, PAOGRI, GRINOS, WNOS, GPSNOS, GRACILIS, WAMPES, PMNOS, G1EMM, TNOS. Наиболее развитой, популярной и поддерживаемой версией является JNOS, разработанная Johan Reinalda, WG7J/PA3DIS.
Для персональной идентификации каждая TCP/IP станция имеет свой уникальный IP-адрес. В соответствии со стандартом, принятым в профессиональной сети Internet, IP-адрес состоит из 4-байтовой последовательности, где каждый байт несет определенную информацию о том, к какой сети и подсети относится данная станция. IP-адрес имеет иерархическую структуру, то есть крайний левый байт имеет максимальную значимость (определяет всю сеть), а крайний правый минимальную (определяет конкретную станцию в сети). Такое построение необходимо для маршрутизации информации как внутри одной сети, так и между разными компьютерными сетями. Все адреса радиолюбительских TCP/IP-станций начинаются с номера 44. Например, TCP/IP-станция RZ6HXA имеет адрес 44.178.92.2, который расшифровывается так:
44 — радиолюбительская ТСР/1Р-сеть;
178 — Россия;
92 — Ставропольский край;
2 — персональный номер.
Теперь рассмотрим основные протоколы, выполняемые на TCP/IP-станции:
• TELNET — протокол эмуляции терминала. Этот протокол позволяет осуществить терминальное соединение с удаленной TCP/IP-станцией и очень похож на соединение одной пакетной станции с другой (пользователя с BBS).
• FTP (File Transfer Protocol) — протокол передачи файлов — позволяет организовать пересылку ASCII и бинарных файлов (в том числе и программ) между TCP/IP-станциями.
• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) — протокол передачи почтовых сообщений — позволяет переслать почтовое сообщение на указанный почтовый адрес.
• POP (Post Office Protocol) — разновидность почтового протокола. Для работы SMTP-протокола необходимо, чтобы удаленная станция работала 24 часа в сутки. Это не всегда удобно. Поэтому при РОР-протоколе почта, предназначенная вам, складывается на почтовом сервере (Mailbox), а при появлении вашей станции в эфире — пересылается вам.
• PING (Packet InterNet Groper) — протокол, служащий для диагностики канала. Протокол инициирует посылку пакета-запроса на удаленную станцию, ждет ответа и показывает время соединения с удаленной станцией.
• FINGER —протокол, позволяющий получить информацию о пользователях на удаленной станции.
• DNS (Domain Name Service — служба доменных имен). Каждому IP-имени соответствует IP-адрес, это соответствие запоминается на специальном сервере DNS. Таким образом, чтобы соединиться с какой-либо станцией, достаточно знать или IP-адрес или позывной этой станции.
В результате слияния радиолюбительской сети с Интернет возникла так называемая сеть AMPR, которая является частью Всемирной радиолюбительской сети, связующим звеном между этой сетью и Интернет.
Все возрастающий объем информации, передаваемой по сетям пакетного радио, остро ставит вопрос о переходе на скорости передачи, значительно превышающие 300 бод на диапазонах КВ и 1200 и 9600 бод на УКВ. И если создание высокоскоростной сети в пределах большого города уже не представляет сложности, то в удаленных от больших городов регионах встречает большие трудности по причине ограниченной зоны действия УКВ-сети.
Выйти из создавшегося затруднения можно с помощью искусственных спутников Земли (ИСЗ). В настоящее время на круговых полярных и эллиптических орбитах находится большое число радиолюбительских спутников, на которых установлена специальная аппаратура, поддерживающая пакетную радиосвязь.
Если любительская радиостанция имеет аппаратуру и антенные системы для приема и передачи информации от аппаратуры, установленной на ИСЗ, то эта станция может существенно повысить качество связи. Обмен бюллетенями ц персональной почтой через низкоорбитные радиолюбительские спутники как «летающие почтовые ящики» возможен с периодом примерно 100 мин. Каждый из таких сеансов связи позволяет полу
чить до 900 Кбайт информации за один виток, что однозначно решает вопрос эффективного получения информации из любой точки мира.
Самым эффективным способом повышения скорости в пакетной сети является использование сети AMPR (Internet о Packet Radio). Но при этом радиосеть превращается в сеть ... проводную, телефонную.
В основе этого способа лежит использование протоколов TCP/IP глобальной компьютерной сети Интернет, которые используют протокол АХ.25 в качестве транспортной среды, передавая собственные данные «поверх» него. Главными достоинствами являются высокая скорость передачи и стабильность канала. В Интернете радиолюбителям выделена сеть 44 (класс А), что позволяет использовать 16 387 064 адресов во всем мире. Российская часть сети 44.178/16 позволяет обращаться к 65 536 адресам. Системы, поддерживающие транспорт и сервис TCP/IP, в состоянии использовать практически любые из существующих каналов связи: выделенные и коммутируемые телефонные линии, локальные компьютерные сети, системы цифровой радиосвязи и т. д.
Информационный сервис систем TCP/IP представляет набор готовых унифицированных служб: электронная почта, система терминального доступа, система доступа к файлам на специальных серверах, телеконференции (заочные и интерактивные), системы доступа к информационно-поисковым системам и базам данных и т. п.
Важным достоинством TCP/IP-систем является также то, что для установления связи с корреспондентом вам не обязательно знать маршрут до него (что является необходимым условием в АХ.25). Система сама выбирает оптимальный маршрут и устанавливает соединение.
Основным элементом сети AMPR является компьютер, объединяющий в единую логическую сетевую структуру сети Интернет и пакетного радио и называющийся AMPR-шлюз (AMPR gateway). Такой компьютер имеет, по крайней мере, два интерфейса: один для сети Интернет, а другой для пакетного радио. Причем каждый интерфейс имеет свой собственный IP-адрес.
Упрощенно AMPR-шлюз работает так: приняв данные по одному из интерфейсов (из Интернета или из пакетного радио), шлюз проверяет адрес назначения и в соответствии с таблицей маршрутизации отправляет данные на соответствующий интерфейс.
Если компьютер работает под управлением MS-DOS и Linux, то наиболее популярным программным обеспечением для AMPR-шлюза являются JNOS и TNOS.
Что касается ОС Linux, то можно использовать только версию 2.0 и выше, как имеющую в ядре поддержку всех необходимых протоколов (АХ.25, IP). Более подробно о сети AMPR и многое другое можно узнать в Интернете по адресу http://ra3apw.by.ru/.
FlexNet работает в сети Packet Radio
Основные принципы работы и состав FlexNet
FlexNet — гибкая модульная система для организации эффективных пакетных радиосетей. Она имеет большой набор различных драйверов, с помощью которых можно создать и простой пользовательский терминал, и сложный узел с BBS, TCP/IP, DXC и т. д.
Все уровни работающей в сети FlexNet-системы (включая каналы доступа пользователя) сами настраиваются в соответствии с текущим состоянием канала связи. Единственное исключение составляет параметр TXDelay, который устанавливает сам пользователь. Для FlexNet написано множество драйверов, которые позволяют создавать высокоэффективные пакетные системы практически на любом оборудовании от звуковых карт до модемов и современных TNC-контроллеров. В настоящее время FlexNet-узлы составляют основу всей европейской любительской пакетной сети.
Автором программного обеспечения FlexNet является Gunter Jost (DK7WJ), который сохраняет все авторские права.
Первые идеи по разработке этого программного обеспечения появились в 1987 г., а первая версия FlexNet была разработана DK7WJ в 1988 г. Начиная с 1991 г. велась работа по версии для MS-DOS, которая испытывалась только на внутренних сетях и не распространялась между радиолюбителями. Однако после многочисленных просьб любителей в 1994 г. была выпущена PC/FlexNet в модульном варианте. Это сделало PC/Flexnet пригодной для использования как опытными, так и начинающими радиолюбителями. Драйверы для PC/FlexNet были разработаны в сотрудничестве с DL8MBT, автором программного обеспечения BAYCOM.
Программа FlexNet может свободно копироваться и использоваться для некоммерческих любительских радиосетей.
В настоящий момент применяются две основные версии FlexNet-драйверов:
• PC/FlexNet V3.3g — 16-разрядная версия для работы под MS-DOS и Windows 95/98.
• FLEX32 — 32-разрядная версия для работы под Windows 95/98/Ме/ 2000/NT.
Подробную информацию, программы и наборы драйверов можно взять в Интернете по адресу http://www.afthd.tu-darmstadt.de/~flexnet/ или на домашней страничке ВауСош (http://www.baycom.org/), или на файловом сервере Пятигорского радиоклуба (http://www.hamradio.cmw.ru).
Новые виды цифровой связи
За последние несколько лет появилось много разнообразных видов цифровой радиосвязи. Практически все они базируются на использовании в качестве модема звуковой карты компьютера и являются низкоскоростными. Поэтому в спутниковой связи эти виды связи не применяются за исключением BPSK400 — специального вида связи для передачи телеметрии со спутника АО-4О.
Сначала я немного познакомлю вас с PSK31, а затем дам некоторую информацию о BPSK400. Дело в том, что эти два вида связи являются «ближайшими родственниками», поскольку построены по одному и тому же принципу (PSK — фазовая манипуляция, a BPSK — двухпозиционная фазовая манипуляция).
PSK31 — работа с клавиатурой
PSK31 является цифровым видом связи, который способен работать при очень незначительной полосе излучаемой частоты. PSK31 разрабатывался как способ связи между двумя или несколькими коротковолновиками при очень малой по сравнению с другими видами цифровой связи скоростью передачи информации. Скорость передачи в режиме PSK31 всегда постоянна и равна 31,25 бод, что соответствует скорости набора на клавиатуре радиолюбителем средних способностей. Сигнал несущей имеет постоянную частоту, а токовые и бестоковые посылки отличаются друг от друга только поворотом фазы на 180°.
Программа для PSK31 существует во многих вариантах. Наиболее распространенными являются варианты, работающие под управлением Windows 95 и выше и использующие вместо модема звуковую карту компьютера.
Идея такого вида связи принадлежит SP9VRC (Pawel Jalocha) и была реализована в середине 90-х годов в разработанной им программе SLOWBPSK. Дальнейшую разработку этого вида связи и программы для обработки сигналов PSK31 выполнил Петер Мартинец (G3PLX), «отец» и создатель AMTOR.
Разработчики PSK31 исходили из того, что такие виды связи, как RTTY, а тем более AMTOR и PACTOR, работающие при условии синхронной связи, не могут удовлетворять потребности радиолюбителей в коротком обмене информацией с быстрыми переключениями.
Привлекательным условием также является очень узкая полоса излучаемых частот и возможность еще раз «поколдовать» над созданием новых кодов для символов. С момента создания кодов Морзе многим хочется создать какие-то свои, ну уж очень необыкновенные, коды. Была создана новая таблица кодирования символов, отличная от таблиц кодирова
ния RTTY и AMTOR. При создании этой таблицы наиболее употребляемые, с точки зрения разработчиков, символы формировались из наименьшего числа посылок, а наименее употребляемым предназначалось самое большое число посылок.
Вполне естественно, что на долю букв русского алфавита, как совсем не употребляемых разработчиками, досталось самое большое число посылок. Например, если одно и то же слово передать латинскими и русскими символами, то передача русскими символами будет почти в два раза длиннее. PSK31 имеет одну очень неприятную проблему. Дело в том, что изменение фазы несущей частоты на противоположную равносильно мгновенному выключению одного передатчика и столь же мгновенному включению другого, фаза частоты которого отличается на 180°. Такие резкие изменения создают в эфире сильную помеху в виде громкого щелчка на очень большом частотном участке.
Радиолюбители, работающие с PSK31, должны знать о наличии этой проблемы и всегда принимать меры для предотвращения помех соседним радиостанциям.
Одной из таких мер является правильный выбор величины PSK31-сигнала, подаваемого на микрофонный вход передатчика. Эта величина должно быть как можно меньше, чтобы уменьшить помехи. Peter Martinez предлагает выполнять соединение компьютера с радиостанцией по схеме, изображенной на рис. 7.3. Обратите внимание, что схема предусматривает снижение сигнала в 10 раз. Малая величина подаваемого сигнала в то же время должна быть достаточной для обеспечения расчетного режима работы передатчика.
Большую роль при приеме сигналов PSK31 играет настройка фильтров. Достаточно узкополосный фильтр позволяет избавиться от помех соседних радиостанций.
С выхода звуковой карты
>---------------------
Вход 1
На вход звуковой карты
На микрофонный вход передатчика
---------->
Выход 1
С выхода НЧ приемника
«-—---------------
Выход 2 R3
Сигнал от COM-порта
>---------------с=
Вход 3 '
Вход 2
К РТТ трансивера
---------->
Выход 3
Рис. 7.3. Схема соединения компьютера с радиостанцией
Существуют два вида PSK31: BPSK и QPSK.
BPSK осуществляет изменение фазы модулирующего сигнала только от 0 до 180° и наоборот.
В декабре 1997 г. был обнародован новый вид PSK31, получивший название QPSK (фазовая манипуляция с четвертичными фазовыми сигналами). Здесь к указанному выше изменению фазы от 0 до 180° (и наоборот) было добавлено одновременное изменение фазы от 90 до 270° (и наоборот). Это можно представить, как два одновременно работающих передатчика, у одного из которых фаза изменяется от 0 до 180°, а у другого — от 90 до 270°.
Разработчики уверяют, что при приеме QPSK имеет лучшее на 3 дБ отношение сигнал/шум. И при этом не возрастает число ошибок.
Считается, что программа для PSK31 должна иметь в своем составе и BPSK, и QPSK, чтобы можно было включать и тот, и другой вид в поисках лучшего варианта для приема сигналов в данной ситуации.
Кодирование символов в PSK31 имеет следующие особенности:
• коды символов состоят из разного числа посылок;
• каждый символ отделен от другого сочетанием из двух нулей (00);
• ни один символ не содержит в своем коде двух нулей подряд;
• код каждого символа начинается и заканчивается единицей (1).
Если в асинхронных видах связи (RTTY) код каждого символа начинается со стартового и заканчивается стоповым битом, то в PSK31 роль такого стартового элемента выполняет сочетание из двух рядом стоящих нулей. Переменная длина кодов вызвана желанием уменьшить время передачи текстов на английском языке. В табл. 7.23 приведены коды первых 128 символов из кодовой таблицы IBM.
Реальные программы могут иметь коды всех 256 символов из кодовой таблицы IBM, но при этом коды второй половины могут иметь какие-то различия. Дело в том, что во второй половине кодовой таблицы располагаются национальные символы многих государств, которые имеют значительные различия в написании.
В свое время первое появление нового вида связи вызвало бурный восторг у радиолюбителей. Прочувствовать это можно, просмотрев материалы на страничке Интернета по адресу http://www.ualaco.narod.ru/ или http://www.psk31.newmail.ru/. Множество ссылок на другие страницы Интернета находятся по адресу http://www.ualaco.narod.ru/arhiv.htm.
Первой программой для работы PSK31 была разработанная Петером Мартинезом программа PSK31SBW. Сейчас существует уже несколько ее версий. Особенно привлекательна PSK31SBW тем, что к ней имеется файл
Таблица 7.23. Коды символов PSK31
Символ Код символа Символ Код символа
NUL 1010101011 A 1111101
SOH 1011101101 в 11101011
STX 1011101101 с 10101101
ЕТХ 1101110111 D 10110101
EOT 1011101011 E 1110111
ENQ 1101011111 F 11011011
АСК 1011101111 G 11111101
BEL 1011111101 H 101010101
BS 1011111111 I 1111111
НТ 11101111 J 111111101
LF 11101 к 101111101
VT 1101101111 L 11010111
FF 1011011101 M 10111011
CR 11111 N 11011101
SO 1101110101 0 10101011
ST 1110101011 p 11010101
DLE 1011110111 Q 111011101
DC1 1011110101 R 10101111
DC2 1110101101 s 1101111
DC3 1110101111 T 1101101
DC4 1101011011 и 101010111
NAK 1101101011 V 110110101
SYN 1101101101 X 101011101
ETB 1101010111 Y 101110101
CAN 1101111011 Z 101111011
EM 1101111101 [ 1010101101
SUB 1110110111 \ 111110111
ESC 1101010101 ] 111101111
FS 1101011101 111111011
GS 1110111011 - 1010111111
RS 1011111011 101101101
US 1101111111 / 1011011111
SP 1 a 1011
| 111111111 b 1011111
a 101011111 c 101111
# 111110101 d 101101
$ 111011011 e 11
% 1011010101 f 111101
& 1010111011 g 1011011
101111111 h 101011
( 11111011 i 1101
) 11110111 j 111101011
* 101101111 k 10111111
+ 111011111 1 non
1110101 m 111011
- 110101 n nil
1010111 0 111
/ 110101111 P 11111
0 10110111 q . 110111111
1 10111101 r 10101
Продолжение таблицы 7.23
Символ Код символа Символ Код символа
2 11101101 S 10111
3 11111111 t 101
4 101110111 и 110111
5 101011011 V 1111011
6 101101011 W 1101011
7 110101101 X 11011111
8 110101011 У 1011101
9 110110111 Z 111010101
11110101 { 1010110111
110111101 1 110111011
< 111101101 } 1010110101
= 1010101 1011010111
> 111010111 DEL 1110110101
? 1010101111
@ 1010111101
помощи на русском языке, отлично выполненный в сентябре месяце 1999 г. радиолюбителями RV3DBL и RA3DOA.
В настоящее время в Интернете можно найти множество программ для работы PSK31, но я настоятельно советую начать освоение этого вида связи именно с программы PSK31SBW v.1.08.
Обобщение о PSK31
Несмотря на появление в цифровой любительской связи новой технологии с использованием DSP (компьютерных звуковых карт) для передачи данных на КВ-диапазонах, по-прежнему сохраняет популярность традиционный режим RTYY, обладающий очевидными достоинствами в сравнении с другими, более современными режимами. По-видимому, это обусловлено тем, что режим RTTY проще в использовании и в большей степени является «ручным» и «общительным» способом связи. Вы можете слышать корреспондентов, ведущих связь между собой, и присоединяться к их беседе, что, например, невозможно сделать при проведении связи в режиме ARQ (AMTOR, PACTOR). Кроме того, режим RTTY обеспечивает наиболее простую и дешевую цифровую связь.
Новый вид цифровой связи, появившийся вдруг у радиолюбителей в 1998 г., способен восполнить пробел между RTTY с одной стороны и другими высокотехнологичными режимами с другой. Это режим PSK31, основанный на идеях SP9VRC и ориентированный на использование дешевых комплектов DSP и общедоступного программного обеспечения. В нем современная DSP-технология обеспечивает возможность проведения оживленных QSO, связанных с передачей-приемом данных по типу клавиатура-экран. Полоса частот сигнала в режиме PSK31 намного уже, чем
в любом другом режиме передачи данных, благодаря чему возможна связь с более низкими уровнями сигналов в перегруженных на сегодняшний день любительских диапазонах.
Основная идея режима PSK31 состоит с том, что манипуляция сигналом выполняется путем сдвига фазы несущей вместо сдвига ее частоты. Полоса частот сигнала при этом определяется только скоростью манипуляции, а не значением сдвига частоты в сумме со скоростью манипуляции. Выбранная скорость манипуляции в 31,25 бод обусловливает полосу частот всего в 31 Гц вместо 300-500 Гц для других режимов. Благодаря применению алфавита кода, подобного алфавиту кода Морзе, с короткими кодами для наиболее часто встречающихся символов (в текстах на английском языке), режим PSK31 обеспечивает скорость передачи текста порядка 50 слов в минуту. При установке в передатчике и приемнике самых узкополосных фильтров, какие только возможны, эффективность режима PSK31 даже без автоматической коррекции ошибок, безусловно, превосходит эффективность любого другого режима. Дополнительным преимуществом PSK31 для оживленных QSO является то, что даже при «провалах» в уровне сигнала эффективность режима снижается очень незначительно. На радиотрассах, где чаще случаются ошибки пакетного типа, чем равномерно распределенные одиночные сбои, программа PSK31SBW может быть переключена в режим использования специального кода при передаче и соответствующего декодера при приеме. Это режим QPSK с четырьмя фазовыми сдвигами вместо двух. При этом полоса частот, занимаемая сигналом, и скорость передачи символов остаются прежними (как с сигналами BPSK). Цена обеспечиваемого при этом повышения помехоустойчивости — более жесткие требования к стабильности несущей частоты и задержка в 640 мс при декодировании символов.
О программе AO40RCV и других
С вводом в число действующих спутника АО-40 появилось много новшеств. Одним из таких новшеств явилось то, что этот спутник стал передавать сигналы маяка и телеметрические данные в режиме 400 бит/с PSK. Получить информацию по этому виду передачи телеметрии можно в Интернете на узле AMSAT-NA по адресу: http://www.amsat.org/amsat/sats/ phase3d/ihu.html, а также по адресу; http://www.amsat.org/amsat/sats/ ao40/rudak/.
Телеметрия передается на частоте 2401,323 МГц.
В качестве аппаратуры для приема телеметрии рекомендовано использовать демодулятор G3RUH Phase 3 400bps PSK Data Demodulator, разработанный английским радиолюбителем G3RUH; его адрес:(1Шр:// www.jrmiller.demon.co.uk/products/p3dem.html) или PSK-1 Satellite Modem от PacComm (tips), адрес: http://www.paccom.com/.
Существуют также программы, которые могут принимать и демодулиро-вать телеметрию АО-40 с помощью звуковых карт компьютера. Одной из таких программ является разработанная американцем Мое Wheatley (AE4JY) программа под названием AO40RCV. Сведения о программе можно взять в Интернете по адресу: http://wwwqsl.net/ae4jt/ao40rcv.htm.
Немного о МТ63
Этот вид связи никогда не был и не будет задействован в спутниковой связи, но иметь общее представление о нем следует.
Автором этого вида связи является Pawel Jalocha (SP9VRC). Им также разработан один из вариантов программы МТ63 для системы Linux. Программу для Windows 95(98) разработал Nino (IZ8BLY), его страница в Интернете располагается по адресу http://ninopo.freeweb.org/. МТ63 предназначен для проведения диалоговой радиосвязи между любительскими радиостанциями с выполнением корректировки ошибок (FEC).
Модем для МТ63 может быть построен на высокоскоростном DSP-процессоре или на внешнем DSP-аппарате, подобно Motorola EVM, или в программном обеспечении PC, использующем компьютерную звуковую карту PC.
Модем выдает на передачу сигнал, состоящий из 64 отдельных тонов с шириной полосы 15,625 Гц каждый, что в сумме составляет полосу частот шириной 1 кГц. Сигнал занимает частоты от 500 до 1500 Гц. При этом скорость передачи символов для телеграфа составит примерно 10 символ/с.
Спектр сигнала МТ63 при ширине полосы 1кГц представлен на рис. 7.4.
Кроме того, МТ63 может работать при ширине полосы сигнала в 500 Гц и 2кГц. По умолчанию принимается сигнал с полосой 1кГц. В каждом из трех указанных сигналов низшая частота модулирующего тона всегда остается равной 500 Гц. При этом для сигнала с меньшей шириной поло-
п _ 200,7 Гц 800,7 Гц
□ До
- 10 дБ
- 20 дБ
- 30 дБ
- 40 дБ
-50 дБ
-60 дБ
-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800
Рис. 7.4. Спектр сигнала МТ63 при ширине полосы 1кГц
сы (500 Гц) длительность сигнальной посылки увеличивается в два раза, а для сигнала с большей шириной полосы (2 кГц) длительность сигнальной посылки уменьшается в два раза. Соотношения ширины полосы и скорости передачи сигналов МТ63 представлены в табл. 7.24.
Данные пользователя, поступающие с клавиатуры или из файла (код данных — 7-разрядный код ASCII), далее разделяются на 64 фрагмента с помощью функции Уолша для обеспечения исправления ошибок (FEC). Функция Уолша гарантирует, что при повреждении 16 из этих 64 элементарных посылок, расшифровка будет давать однозначный результат. МТбЗ-сигнал распространяется и во времени, и в пространстве. Чтобы гарантировать минимальное нарушение сигнала от помех, каждый кодируемый символ разбит более чем на 32 последовательные элементарные посылки (3,2 секунды). Чтобы гарантировать отсутствие ошибок при ухудшении условий прохождения сигнала, символ разбивается на 64 элементарные посылки, при этом время увеличивается до 6,4 секунды.
Сигнал радиостанции, работающей в режиме МТ63, напоминает какое-то рычание. Совершенно не верится, что такой сигнал сформирован из чистых звуковых тонов. Дополнительную информацию по этому виду цифровой радиосвязи можно получить в Интернете по адресу http:// www.qsl.net/zllbpu/MT63/MT63.html.
Как работать в Packet Radio
Существует множество вариантов, предоставляющих радиолюбителю возможность работать со спутником в режиме Packet Raduo (пакетом). Лучшим, на мой взгляд, является работа с контроллером TNC и специальным модемом. Но это самый дорогостоящий вариант.
Существует еще один не менее достойный вариант — работа с разработанными мною модемами типа MODEM21, MODEM22, MODEM22a и другими. При этом роль TNC с успехом могут выполнять так называемые эмуляторы TNC. Самыми известными среди них являются программа AGWPE, разработанная греком George Rossopoylos (SV2AGW), и программа TFPCX, разработанная немецкой фирмой.
По качеству приема пакетных сигналов эти два эмулятора почти одинаковы, но я отдаю предпочтение программе AGWPE, с которой много работал в последнее время. В Интернете SV2AGW имеет страничку по адре-
Таблица 7.24. Соотношения в сигналах МТ63
Полоса, Гц Диапазон, Гц Скорость, бод Символ/с Время/символ
500 .500-1000 5 5 6,4 или 12,8
1000 500-1500 10 10 3,2 или 6,4
2000 500-2000 20 20 1,6 или 3,2
су: http://www.elcom.gr/sv2agw/inst.htm, на которой кроме AGWPE.zip имеется много других программ этого автора.
Рассмотрим вариант работы пакетом с помощью программ AGWPE и WinPack 6/70 и модема MODEM22a.
Программа AGWPE
Программа представляет собой приложение для Windows и управляет работой целой «кучи» различных драйверов для самых разнообразных модемов и компьютерных звуковых карт. К программе имеется справочник на русском языке. Очень хороший, по нему вы запросто разберетесь с работой этой программы.
Программу следует разместить в отдельной директории. Выведите на рабочий стол картинку для запуска программы. В эту же директорию распакуйте русский справочник.
Для инициализации программы следует запустить ее в работу. Сначала появится заставка, которая продержится на экране некоторое время, необходимое для проверки комплектации и установки драйверов. Затем эта заставка закрывается и в панели задач появляется картинка, символизирующая включение AGWPE в работу. Щелкните правой кнопкой мышки на этой картинке — появится всплывающее меню, в котором выберите пункт Свойства. После этого появляется окно выбора свойств задействованного порта. Откройте нужный пункт, после чего на экране появится диалоговое окно выбора и назначения определенных свойств для данного порта (рис. 7.5).
Следует выбрать:
• задействованный порт (ComPort);
• скорость передачи (Baud);
• драйвер - Bay Com Serial.
После ввода (или последующего изменения) свойств программу AGWPE следует перезагрузить, иначе введенные изменения не будут задействованы. Все введенные вами свойства будут сохранены в файле Port0.ini. Этот файл находится в директории AGWPE; его содержание нужно проверить и ввести свои данные. В дальнейшем, после накопления соответствующего опыта, можно будет опробовать в работе и другие драйверы и аппараты.
Программа WinPack
Эта программа является, вероятно, самой популярной среди «пакетчиков» благодаря её практически безграничным возможностям по работе с почтой и редактированию русскоязычных текстов формата MS-DOS. Дело
М Свойства для Порта!
й| Установка TNC | щв Тпс Команды] ~ В ыбериге СО М -П орт |СОМ2:
гТипТМС™---------
Выберите Вашу Модель
Be carefull for Modems like Baycom etc need also the Baudrate.
"Подтип Tnc——~— Уточните KISS режим.
lniKiss3
ExitKiss On Exit
- Управляющие Команды TNC
IniKissl j" lniKiss2
Скорость по СОМ-Порту
KISS Simple
300
Варианты
<• ОдноП ортов. С 2-хПортовый С 4-хПортовый
Ports Kiss Id
- T nc РадисП орт —------—------—-—
Описание порта (Частота,Скорость и т.д.)
0
Ю
ОК 1 Отмена Применить
Рис. 7.5. Окно выбора свойств AGWPE
в том, что в пакете (так же, как и в PACTOR) используется шрифт в кодировке MS-DOS, а большинство радиолюбителей тяготеют к Windows.
В настоящее время существует множество различных версий этой программы. Все версии являются частично оплачиваемыми, т. е. требуется регистрация и оплата регистрации. Такие взносы помогают автору в материальном отношении и служат стимулом дальнейшего развития этой программы. Помните об этом, пожалуйста.
Последняя версия на сегодняшний день 6.80. Но она мало чем существенным отличается от WinPack 6.70, поэтому стоит брать и использовать эту версию. Автором программы является англичанин Roger Barker (G4IDE).
Скачать программу можно с WEB-узла краснодарских радиолюбителей, который расположен по адресу http://hamradio.online.ru/. Там программа WinPack 6.70 лежит в файловом архиве под именем Wpstx670.zip. Оттуда же следует скачать следующие файлы:
• Русский справочник (help-файл на русском языке) к этой программе;
• Русифицированный шрифт к этой программе. Файл называется winpack.fon.
После этого выполните следующие действия:
• Распакуйте программу в подготовленную заранее директорию и выполните ее инсталляцию.
• Войдите в рабочую директорию программы WinPack 6.70 и УДАЛИТЕ имеющийся в этой директории файл winpack.fon. Затем скопируйте в эту директорию файл winpack.fon с русифицированным шрифтом. Еще раз обращаю внимание, что сначала нужно УДАЛИТЬ старый файл, а затем на его место скопировать новый.
• Скопируйте в эту же директорию файлы русского справочника, предварительно удалив старые с тем же названием.
• Запустите программу WinPack 6.70 и произведите настройку этой программы для работы в режиме AGW:
- Введите индивидуальные данные. Для этого выберите пункты главного меню Options *► Personal/BBS Info и введите позывной своей радиостанции, собственное имя и прочие атрибуты.
- Установите режим работы AGW, для этого выберите Options Comms Setup. Появится информационное окно, в котором следует установить режим AGW в нижнем справа окне выбора главного режима работы.
Теперь рассмотрим некоторые из основных пунктов главного меню программы.
Пункт Files имеет следующие подпункты:
• Edit Window. При выборе этого пункта в нижней части экрана появляется окно, предназначенное для редактирования текстов. Замечательная особенность этого текстового редактора заключается в том, что он работает со шрифтами в формате MS-DOS. Это очень важно для создания текстов на русском языке, потому что Packet Radio (и PACTOR также) работают только со шрифтами в кодировке MS-DOS. Сразу же после открытия этого окна можно приступать к написанию текстового сообщения. Если нужно произвести какие-то дальнейшие действия с текстом, то следует установить курсор в пределах окна редактирования и нажать правую клавишу мышки. При этом появляется всплывающее меню, состоящее из большого списка команд.
- Save: сохраняет подготовленный текст в поддиректории (папке) TEXT, которая находится в директории WinPack. При сохранении запрашивается имя сохраняемого файла.
- Load: копирует в окно редактирования любой файл из папки TEXT. При выборе этого пункта появляется окно выбора копируемого файла.
- Hide: закрывает окно редактирования.
- Send: выдает на передачу созданный в окне редактирования текст.
- Zoom: увеличивает размеры окна редактирования.
- Существуют также и другие команды, разобраться с которыми очень просто.
• Capture. При выборе этого пункта появляется диалоговое окно, предлагающее ввести имя файла, в котором будет сохраняться вся информация, поступающая на экран программы. Этот файл будет заполняться до тех пор, пока программа не будет выключена. Обычно такой файл сохранения всей информации создается тогда, когда предполагается получение важной информации. Все файлы, созданные по этому пункту меню, содержатся в папке Capture. Со временем файлов в этой папке становится очень много, поэтому их нужно регулярно просматривать и удалять ненужные.
• Send. Позволяет выдать на передачу любой из текстов, находящихся в папке TEXT. При выборе этого пункта появляется окно выбора текста для передачи. Как только текст выбран, сразу же начинается его передача. Передаваемый текст обязательно должен оканчиваться новой строкой, состоящей из сочетания символов /ЕХ. Если такой концовки в тексте нет, то программа останавливается и ждет, пока вы не введете /ЕХ из командной строки.
Пункт главного меню Action содержит подпункты, которыми нужно пользоваться при проведении связей. Например, подпункт Disconnect следует выбирать при желании разорвать связь с корреспондентом.
Радиолюбители (позывные RV3DBL и RA3D0A) сделали русский перевод справочника к программе WinPack. Перевод выполнен очень квалифицированно, и справочником легко пользоваться. Поэтому описывать действия остальных пунктов меню считаю не нужным. Только следует учесть, что справочник создан сравнительно давно, и потому некоторые новшества в нем не отражены.
Модем MODEM22a
Полное описание конструкции этого модема, а также рекомендации по его самостоятельному изготовлению и наладке вы найдете в следующей главе.
Начинаем работать
Итак, мы имеем модем MODEM22a, подключенный с одной стороны к порту сош2 и с другой стороны к приемнику, на котором работает в режиме Packet Radio интересующая нас радиостанция. Кроме того, на компьютере установлены программы AGWPE и WinPack.
Наши последующие действия:
• Запускаем программу AGWPE и ждем, когда с экрана исчезнет вспомогательная заставка.
• Запускаем программу WinPack.
• Настраиваемся на сигналы интересующей нас радиостанции.
• После того, как сигналы радиостанции начинают появляться на экране компьютера, в командной строке вводим с <позывной р/стан-ции> и нажимаем клавишу <Enter>.
• Ваша программа начинает выдавать запросы на установление контакта с интересующей нас радиостанцией. Если частоты обеих радиостанций совпадают, то радиостанции незамедлительно вступают в контакт и начинают обмен информацией.
По моему мнению, сначала следует потренироваться на работу со станциями через соседний ретранслятор или с соседом-радиолюбителем. Если таковых нет, то следует переключиться на диапазон 14 МГц и пробовать провести радиосвязи на этом диапазоне. При этом нужно учесть, что на коротких волнах разнос частот составляет не 1000 Гц, как на УКВ, а всего 200 Гц. Нужно перестраивать входные фильтры модема. Очень часто и на диапазоне 80 м в районе частоты 3,594 МГц можно слышать работающие «пакетом» любительские радиостанции.
8 Зак 1126
Глава 8. Модемы для радиосвязи
Со времени зарождения любительских цифровых видов связи и до наших дней непременным атрибутом этих видов связи является аппарат, связывающий и согласующий радиостанцию и компьютер в единый рабочий орган. Это — модем. На выходе приемника мы всегда имеем сигналы с переменной амплитудой и частотой, которые в таком виде не понятны компьютеру. На выходе же портов компьютера имеем сигналы в виде импульсов прямоугольной формы, в виде токовых и бестоковых посылок различной длительности, которые не понятны не приспособленному для приема таких сигналов радиопередатчику. Конечно, речь не идет о специальных радиостанциях, которые имеют в своем составе встроенный процессор и не нуждаются ни в каких дополнительных аппаратах. Здесь имеются в виду обычные радиолюбительские приемопередатчики, которыми оснащено в настоящее время большинство любительских радиостанций.
В этой главе описываются конструкции различных аппаратных модемов для проведения различных видов цифровых радиосвязей, описанных в гл. 7, с применением компьютера IBM PC и любительского приемопередатчика.
Используемая на ИСЗ аппаратура для цифровой радиосвязи может работать, в основном, с двумя видами модуляции:
• с частотной модуляцией (FM);
• с однополосной модуляцией (SSB).
Все описанные в этой главе модемы могут работать с любым из указанных видов модуляции сигнала. Кроме того, большинство описанных здесь конструкций различных аппаратов представляют собой доработку аппаратов, созданных мною ранее в процессе многолетней радиолюбительской деятельности и описанных в книге «Компьютер на любительской радиостанции». Цель доработки была одна — модемы должны обеспечивать качественную радиосвязь с аппаратурой ИСЗ. И еще в этой главе приведена схема экспериментального модема, который предлагается радиолюбителям как материал для дальнейшего совершенствования.
При разработке описанных в книге своих конструкций я не ставил перед собою задачи конкурировать по качеству сигнала от модемов моей разработки с известными фирмами — изготовителями модемов и другой электронной техники. Мои конструкции предназначены для любознательного читателя-радиолюбителя, который хотел бы своими руками сделать приличный аппарат из широкодоступных радиодеталей отечественного производства, способный передавать и принимать сигналы не хуже многих фирменных. Поэтому критикам-любителям не стоит сравнивать разработанные мною конструкции с изделиями известных фирм!
Модемы универсальные
Слово «модем» является сложным словом и состоит из двух составляющих — из двух начальных букв слова «модулятор» и трех начальных букв слова «демодулятор». Сразу хочу предупредить, что модем, используемый для работы в сети Интернет, и модем для любительской радиосвязи имеют только одинаковое название. Внутреннее устройство и многие принципы работы этих двух модемов совершенно разные.
Чтобы понять значение слов «модулятор» и «демодулятор» обратимся к примеру с двумя радиостанциями, когда радист на одной из них телеграфным ключом передает в эфир сигналы кода Морзе, а радист на другой радиостанции принимает эти сигналы, переводит точки и тире в буквы и записывает эти буквы на бумагу. Как только передающая радиостанция включается на передачу, она сразу же начинает излучать в эфир электромагнитную энергию. Радисты говорят, что передатчик радиостанции начинает излучать «несущую частоту». В этот момент радист на принимающей радиостанции обнаруживает факт включения передающей станции по наличию несущей частоты, но никакого полезного сигнала пока нет. Когда же радист передающей радиостанции нажимает на рычаг телеграфного ключа, то на эту электромагнитную энергию (несущую частоту) накладывается сигнал звуковой частоты, который вырабатывается специальным генератором. Радист на принимающей радиостанции тут же начинает слышать в наушниках приятный звук. Как только радист передающей станции отпустит рычаг телеграфного ключа, радист принимающей станции в своих наушниках уже никакого полезного сигнала не слышит.
Процесс наложения звукового сигнала на излучаемую передатчиком несущую частоту назвали «модуляция», а процесс периодического нажатия и отпускания рычага телеграфного ключа назвали «манипуляция». Позже на больших радиостанциях процесс модуляции вместо радиста стали выполнять специальные аппараты, которые получили название «модуляторы». Аналогичный процесс замены радиста на соответствующий аппарат произошел и на приемной радиостанции. Там появился аппарат, который в автоматическом режиме принимает модулированные звуковой частотой сигналы кода Морзе и переводит их в буквы. Такой аппарат стали называть «демодулятор». Так что наш модем является аппаратом, который с одной стороны может «накладывать» на излучаемую передатчиком электромагнитную энергию полезные сигналы звуковой частоты, т. е. быть модулятором, а с другой — превращать полученные от приемника сигналы звуковой частоты в понятные компьютеру импульсы положительного или отрицательного напряжения, т. е. быть демодулятором.
В нашей стране промышленность не изготавливает модемы для любительской радиосвязи. При большом желании и наличии соответствующей суммы денег можно найти и приобрести такой модем, изготовленный за ру
бежом. Для всех прочих любителей остается только путь самостоятельного изготовления модема. Полное описание конструкций разных модемов и принципиальные электрические схемы отдельных узлов этих модемов можно скачать в Интернете со странички, расположенной по адресу http: / /users. kaluga. ru/ra3xb/.
Далее в этом разделе приведены принципиальные электрические схемы отдельных узлов различных модемов. Все описанные далее модемы рассчитаны на работу с IBM PC или полностью совместимым компьютером. Практически все конструкции, после незначительной переделки, можно использовать с любым компьютером. Автор использовал подобные модемы с компьютерами «Радио-86РК» и БК-0010.01. По своему назначению модемы аналогичны встроенному сложному ВауСош и внешнему HamCom модемам и используют те же выводы СОМ-порта.
Конструкции монтажных плат не описываю, чтобы не навязывать любителям свои технологические приемы. Каждый может делать любой блок по своей собственной технологии, придерживаясь только основных общепринятых правил расположения и крепления радиодеталей.
Конструктивно все представленные здесь модемы имеют блочную структуру. Для каждого блока дана его принципиальная электрическая схема и ее краткое описание. Предполагается, что каждый блок будет изготовлен на отдельной плате, — это упростит в дальнейшем модернизацию модема путем замены одного из блоков новым, усовершенствованным.
Универсальный модем MODEM22a
Рассматриваемая в этом разделе конструкция модема MODEM22a представляет собой последующую доработку разработанного ранее модема MODEM22, описанного в книге «Компьютер на любительской радиостанции». Многочисленные тесты модема MODEM22 и его аналогов показали, что этот модем является на сегодняшний день ЛУЧШИМ среди других любительских разработок. По качеству приема сигналов и по простоте настройки он во много раз превосходит известные мне любительские модемы, выполненные с применением детекторов на микросхемах 564ГГ1 и 155АГ1.
Модем MODEM22a специально предназначен для цифровой радиосвязи с аппаратурой, установленной на ИСЗ.
Схема модема
На рис. 8.1 представлена блок-схема модема. Все элементы узлов модема рассчитаны на его работу со средней частотой около 2000 Гц. Модем работает на звуковых (аудио) частотах и совмещает в себе две основные части: передающую (модулятор) и приемную (демодулятор). Модулятор, в свою
очередь, состоит из устройства включения и выключения передатчика и собственно модулятора — устройства для подачи на варикап задающего генератора FM-радиопередатчика либо на микрофонный вход SSB-передат-чика посылок от тонального генератора (U1). Демодулятор включает в себя полосовой фильтр на операционных усилителях (U2), специальный частотный детектор (U3) и выходной узел (U4). Как уже говорилось, желательно каждый блок изготовлять на отдельной плате, чтобы в дальнейшем можно было бы безболезненно заменять неудачно выполненные узлы.
Модем подключается к компьютеру через стандартный COM-порт с интерфейсом RS-232C. Официальное ограничение по длине для соединения экранированным кабелем по стандарту RS-232C составляет 15,2 м. На практике это расстояние должно быть как можно короче. Уровни напряжений на линиях разъема для логического нуля следует считать (-12...-3 В), а для логической единицы (+3...+12 В). Интервал от -3 до +3 В соответствует неопределенному значению.
Каждый COM-порт имеет свой собственный разъем, который может иметь либо 25 (DB25), либо 9 контактов (DB9). На блок-схеме слева указаны номера контактов разъема COM-порта для вариантов применения DB25 и DB9, справа указаны гнезда приемопередатчика (трансивера), к которым подводится или с которых берется сигнал. Далее везде при обозначении контактов разъема первая цифра относится к разъему DB25, а цифра в скобках — к разъему DB9.
Компьютер через контакт 4(7) разъема COM-порта подает сигнал управления переключением передатчика прием/передача. Этот контакт в системе RS-232C называется RTS (Request to send — запрос для передачи). Далее через диод VD1 и резистор R1 сигнал поступает на транзисторный переключатель, выполненный на транзисторе VT1. К цепи коллектора этого транзистора подключается катушка от реле «прием/передача», установ-
Порт RS-232-C
ТРАНСИВЕР
DB25
25 кон
4 RTS
20 DTR
5 CTS
7 GND
РТТ (приемЛтередача)
к входу микрофона
от радиоприемника
земля от трансивера
ленного на трансивере. Когда на базу транзистора VT1 подается положительное напряжение, реле срабатывает и включает трансивер на передачу.
Блок U1 представляет собой тональный генератор (рис. 8.2). Сигналы для манипуляции тонального генератора поступают с контакта 20 (4) разъема COM-порта, называемого DTR (Data Terminal Ready — готовность выходных данных). С этого контакта сигнал,через диод VD2 и резистор R2 поступает на базу транзисторного ключа на VT2. К коллектору VT2 подключена электрическая цепочка, через которую выполняется манипулирование частотой тонального генератора U1. Далее сигналы манипулируемого тонального генератора подаются на варикап задающего генератора радиопередатчика с частотной модуляцией либо на микрофонный вход передатчика, работающего в режиме SSB. Генератор при включенном терминале генерирует тон высокой частоты.
Через контакт 5 (8) разъема на компьютер поступает сигнал от демодулятора. Этот контакт называется CTS (Clear to Send — сброс для передачи). Сигнал на демодулятор поступает от приемника через устройство U2 — полосовой фильтр, основным назначенйем которого является создание узкой полосы, достаточной для пропускания полезного сигнала и отфильтровывания сигнала помех от соседних работающих радиостанций. Отфильтрованный сигнал поступает на специальный частотный детектор U3, в котором тональные посылки разных частот превращаются в электрические сигналы разной полярности. Между частотным детектором и компьютером стоит еще выходное согласующее устройство U4. Это устройство должно отделить от полезного сигнала продукты преобразования и выдать на разъем COM-порта электрический сигнал, точно соответствующий требованиям стандарта RS-232C.
Контакт 7 (5) разъема COM-порта является для всех остальных контактов общим заземляющим и называется GND или SG (Signal Ground — сигнальное заземление). Разъем DB25 имеет еще один заземляющий контакт 1 (в DB9 такого контакта нет). Этот контакт называется FG (Frame Ground — защитное заземление) и служит только для соединения экранирующего корпуса модема с корпусом компьютера. Контакты 7 (5) и 1 соединять между собой ни в коем случае нельзя!
Кроме того, на модем следует подать от источника питания напряжения +5,+12и-12В. Не забудьте общий провод (заземление) от источника питания для напряжения +5 В и двуполярного выпрямителя.
Отдельные узлы модема
Тональный генератор
Тональный генератор U1 выполнен по одному из широко известных вариантов. Принципиальная электрическая схема тонального генератора представлена на рис. 8.2.
Рис. 8.2. Принципиальная схема тонального генератора
Генератор построен на транзисторах VT1 и VT2 типа КТ315Б по схеме с обратной связью через двойной Т-мост, обладает высокой стабильностью и достаточно хорошим качеством сигнала при питании от стабилизированного источника. Конденсаторы Cl, С2 и СЗ должны иметь допуск не хуже 10%. На операционном усилителе DA1 типа К140УД6 выполнен полосовой фильтр, назначением которого является улучшение синусоидальности выходного сигнала.
Полосовой филыпр
Полосовой фильтр U2 имеет множество вариантов исполнения. В данном варианте модема применен сложный двухканальный фильтр, блок-схема которого представлена на рис. 8.3. Этот фильтр состоит из предварительного фильтр-усилителя U2.1 (рис. 8.4) и двух фильтров для каналов А и Б, U2.2 и U2.3, (рис. 8.5).
На операционном усилителе DA1 собран дополнительный усилитель НЧ-сигналов. Если усиление приемника большое, то необходимости в этом усилителе нет и каскад на DA1 можно не делать. Ось резистора R5 должна иметь шлиц для регулировки отверткой.
Рис. 8.4. Схема предварительного фильтр-усилителя
На рис. 8.5 изображена схема фильтра одного из каналов, А или Б. Каждый из фильтров построен на двух операционных усилителях типа К140УД7 (УД6) или подобных. Фильтр А настраивается на верхнюю аудиочастоту, а фильтр Б — на нижнюю. Следует иметь в виду, что иногда, при достаточном усилении приемника и достаточно сильном сигнале от ИСЗ, можно обойтись в фильтре одним каскадом.
Специальный частотный детектор
Схема специального частотного детектора U3 выполнена по схеме диодного детектора, представленной на рис. 8.6. В качестве детекторов применены мостовые двухполупериодные выпрямители. Это позволило значительно улучшить качество приема сигналов и отказаться от переключаемых конденсаторов в выходном каскаде. Схему управления светодиодами можно упростить, используя в каждом случае по одному транзистору КТ315.
Выходное согласующее устройство
На рис. 8.7 представлена принципиальная электрическая схема выходного устройства U4.
На операционных усилителях DA1 и DA2 собран фильтр, который очищает полезный сигнал от продуктов преобразования и подает на вход последовательного порта компьютера сигнал со стандартными параметрами.
Настройка модема
Настройка модема чрезвычайно проста. Привожу необходимые этапы настройки.
• Начать настройку модема следует с выбора рабочих частот. При расчетах за основу берутся характеристики узкополосного НЧ-фильтра, установленного на вашем радиоприемнике. Предположим, что радиоприемник на вашей станции имеет узкополосный фильтр с шириной
полосы 2000 Гц и пропускает частоты от 1000 до 3000 Гц. В этом случае средняя частота будет равна 2000 Гц. Учитывая требуемый сдвиг частот 1000 Гц, определяем, что нижняя частота должна быть 1500 Гц, а верхняя — 2500 Гц.
• Настройка тонального генератора (см. рис. 8.2) выполняется с помощью частотомера. Частотомер подключается к точке выхода генерируемого звукового сигнала. Регулировкой сопротивления резистора R10 устанавливается нижняя частота (1500 Гц), а регулировкой R9 (при замкнутой на землю точке входа «Управление») устанавливается верхняя частота. Подборкой величины сопротивления резистора R7 можно улучшить качество синусоиды генерируемого сигнала (только при осциллографическом контроле). Резистором R18 добиваются равенства амплитуд сигналов высокой и низкой частоты. Хочу напомнить, что RTTY работает с разносом частот 170 Гц, AMTOR, РACTOR и Packet Radio (300 бод) — с разносом частот 200 Гц; а в Packet Radio (1200 бод) используется разнос частот 1000 Гц.
• Настройку фильтров следует начать с настройки фильтров каналов А и Б (см. рис. 8.5). Для настройки фильтра на его вход подается сигнал от тонального генератора U1. Фильтр А настраивается на верхнюю аудиочастоту (например, 2500 Гц), а фильтр Б — на нижнюю (например, 1500 Гц). Для этого каскады на DA1 и DA2 резисторами R2 и R7 настраиваются поочередно на одну и ту же частоту, соответствующую данному каналу. При настройке канальных фильтров следует непременно учитывать, что фильтры А и Б должны иметь равные коэффициенты передачи. Для выполнения этого условия на вход фильтров подайте одинаковое напряжение, а к выходу поочередно подключайте вольтметр переменного тока. Изменяя сопротивление межкаскадного резистора R6, добейтесь равенства напряжений на выходах фильтров.
• После настройки фильтров каналов А и Б следует вернуться чуть назад и выполнить подстройку предварительного усилителя (см. рис. 8.4). Если усиление приемника большое, то необходимости в дополнительном усилителе нет и каскад на DA1 можно не делать. Ось резистора R5 следует взять с регулировкой отверткой (под шлиц).
• Специальный частотный детектор и выходной согласующий каскад настройки не требуют. Можно снять частотную характеристику детектора с подсоединенными к нему фильтрами и убедиться, что характеристика этого устройства полностью соответствует нормальной характеристике хорошего частотного детектора, например детектора на микросхеме 564ГГ1.
• Выходное согласующее устройство (см. рис. 8.7) также никакой наладки не требует. Нужно только для этого блока взять самые «свежие» операционные усилители, желательно не бывшие в употреблении. Дело в
том, что мною наблюдались случаи, когда некоторые экземпляры операционных усилителей, прекрасно работающие в других устройствах, вдруг начинали при работе в этом устройстве «выбрасывать» какие-то импульсы, мешающие нормальной работе модема. Причину таких явлений я так и не нашел. Выходом из создавшегося положения всегда была замена операционного усилителя на заведомо исправный или новый.
Настраиваться на работающую в эфире пакетную станцию следует при уменьшенной до минимума громкости приемника. Настройку можно считать завершенной при попеременном мигании светодиодов в такт принимаемым сигналам. Затем громкость следует значительно увеличить, контролируя прием по тексту на экране компьютера. Не вдавайтесь в панику, если светодиоды будут гореть постоянно. Эмуляторы TNC TFPCX и AGWPE требуют сильного сигнала, в то же время эмулятор TNC L2 (ВауСот) сильных сигналов не любит.
Опыт показал, что пакетная станция с подобной самодельной техникой НА РАВНЫХ работает со станциями, оснащенными покупной аппаратурой производства известных фирм.
Другие варианты универсального модема
В разделе любого справочника по электропитанию радиоустройств можно найти схемы выпрямителей с удвоением выпрямленного напряжения. Одна из таких схем изображена на рис. 8.8. Схемы удвоения применяются довольно часто, они четко работают в различных выпрямителях, например, для получения двуполярного блока питания слаботочных радиоустройств.
Кроме того, иногда появляется необходимость в еще большем увеличении выпрямленного напряжения, тогда на помощь приходят схемы с утроением напряжения, с учетверением напряжения и увеличением в большее количество раз. На рис. 8.9 приведена одна из схем с учетверением напряжения.
Однажды у меня появилась мысль использовать схему умножителя напряжения в качестве детектирующего устройства модема. Результат получился очень хорошим. С применением приведенных здесь схем умножения выпрямленного напряжения мною разработаны еще два
Рис. 8.9. Схема выпрямителя с учетверением напряжения
универсальных модема, предназначенных для работы с большинством из известных видов цифровой радиосвязи — M0DEM21 и MODEM23.
Модем MODEM21a
Блок-схема модема MODEM21a не отличается от схемы модема MODEM22a, изображенной на рис. 8.1. Элементы всех узлов модема M0DEM21a рассчитаны на его работу со средней частотой около 2000 Гц. На блок-схеме слева указаны номера контактов разъема COM-порта для вариантов применения DB25 и DB9; справа указаны гнезда приемопередатчика (трансивера), к которым подводится или с которых берется сигнал. Подробное описание блок-схемы приведено в описании модема MODEM22a.
Отдельные узлы модема
Тональный генератор U1 выполнен по варианту, изображенному на рис. 8.2. Описание схемы тонального генератора приведено в описании модема MODEM22a.
Входной полосовой фильтр U2 может иметь множество вариантов исполнения. Здесь применен сложный двухканальный фильтр, блок-схема которого представлена на рис. 8.10. Сложный фильтр состоит из разветвителя (блок U2.1) и двух фильтров каналов А и Б (блоки U2.2 и U2.3). Предварительный разветвитель представлен на рис. 8.11.
Схема одного из канальных фильтров была дана в описании модема MODEM22a на рис. 8.5. Фильтр собран на двух операционных усилите-
-------<
Выход 1
С1 0,068
Вход
------<
Выход 2
Рис. 8.11. Разветвитель U2.1
лях типа К140УД7 (УД6) или подобных по одноканальному принципу. Описание и настройку фильтра см. там же.
Следует еще раз заметить, что многие радиолюбители в этом модеме используют фильтр только с одним каскадом на К140УД7 (УД6) и сообщают об отличных результатах работы модема с таким упрощенным фильтром.
Схема специального диодного детектора U3 представлена на рис. 8.12. В качестве детекторов применены выпрямители с удвоением напряжения. Это позволило значительно улучшить качество приема сигналов и отказаться от переключаемых конденсаторов в выходном каскаде. Схему управления светодиодами можно упростить, используя в каждом случае по одному транзистору КТ315.
Принципиальную электрическую схему выходного согласующего устройства U4 см. на рис. 8.7.
Настройка модема
Настройка модема полностью совпадает с настройкой модема MODEM22a. Применение в качестве детектора схемы выпрямителя с удвоением напряжения позволило увеличить чувствительность модема. Модем стал
гораздо лучше принимать слабые сигналы, меньше реагировать на периодические затухания сигнала, часто встречающиеся при работе с дальними радиостанциями.
Прочие аппараты
Модем для CW
Схема модема
Блок-схема этого модема также по составу основных узлов полностью совпадает со схемой на рис. 8.1. Детали всех узлов модема рассчитаны на его работу со средней частотой примерно 1000 Гц.
Подключение модема к компьютеру должно выполняться через стандартный COM-порт с интерфейсом RS-232C. Подробное описание подключения модема к компьютеру см. в описании модема MODEM22a.
Блок U1 представляет собой тональный генератор (рис. 8.2). Сигналы для манипуляции тонального генератора кодом Морзе поступают с контакта 20 (4) разъема COM-порта. Этот контакт называется DTR (Data Terminal Ready — готовность выходных данных). Если компьютер устанавливает на этом контакте (выводе) положительное напряжение, то сигнал через диод VD2 и резистор R2 поступает на базу транзисторного ключа на VT2, который включает тональный генератор U1, генерирующий определенную звуковую частоту. Эта звуковая частота накладывается на несущую частоту передатчика, и в эфир идет полезный сигнал. Таким образом, транзистор VT2 выполняет роль телеграфного ключа и участвует в процессе модуляции путем манипуляции тонального генератора. Далее сигналы манипулируемого тонального генератора подаются на микрофонный вход передатчика.
С контакта 5 (8) разъема COM-порта компьютер принимает сигнал от демодулятора. Этот контакт называется CTS (Clear to Send — сброс для передачи). Чтобы стать понятным компьютеру, сигнал от приемника должен пройти несколько обработок. Сначала он поступает на полосовой фильтр U2 (рис. 8.3), основное назначение которого состоит в создании узкой полосы, достаточной для пропускания полезного сигнала от приемника и отфильтровывания помех, создаваемых сигналами соседних работающих радиостанций. Затем сигнал поступает на специальный частотный детектор U3 (рис. 8.4). Если на детектор поступает полезный звуковой сигнал, то на его выходе устанавливается положительное напряжение; если полезного сигнала нет, то напряжение на выходе детектора равно нулю. Перед поступлением на компьютер сигналы от детектора проходят еще выходное устройство U4 (рис. 8.5), которое отфильтровывает сигнал от продуктов преобразования так, чтобы на разъем СОМ-пор-
та поступал электрический сигнал, точно соответствующий требованиям стандарта RS-232C.
Отдельные узлы модема
Тональный генератор
Тональный генератор U1 представлен на рис. 8.2.
Полосовой фильтр
Полосовой фильтр U2 может иметь множество вариантов исполнения. Заранее трудно предсказать наилучший вариант. Если ваш радиоприемник имеет НЧ-фильтр для приема телеграфных сигналов, то можно ограничиться самой простой конструкцией этого фильтра. В данном варианте предлагается простой одноканальный вариант активного полосового аудиофильтра. Следует начать с изготовления первого, самого простого, варианта на отдельной плате и, если он не будет удовлетворять требованиям приема, дополнить его новыми активными каскадами или изготовить более сложный фильтр.
Представленный на рис. 8.5 фильтр выполнен на двух операционных усилителях типа К140УД7 (УД6) или подобных по одноканальному принципу.
Специальный частотный детектор
Специальный частотный детектор U3 (рис. 8.13) выполнен по совершенно необычной для подобных устройств схеме. В качестве детектирующего элемента мною здесь впервые применено двухпозиционное цифровое устройство, переключающееся из одного состояния в другое строго на определенной частоте, соответствующей частоте предварительной настройки.
Эта схема разработана мною в 1998 году. Более точное ее название — частотный компаратор. Но поскольку этот компаратор применяется для
Рис. 8.13. Специальный частотный детектор U3
детектирования сигналов, не будет большого греха, если назвать его «специальным частотным детектором».
Сигнал с выхода фильтра U2 поступает на базу транзистора VT1, который служит для преобразования гармонического (синусоидального) сигнала в сигналы прямоугольной формы. Цепочка из C2R2 и DD1A, DD1B превращает сигналы в остроконечные импульсы малой длительности, поступающие на DD2 и DD3.
Резистором R3 настройте детектор на среднюю частоту фильтра U2. Затем, перемещая движок резистора R4, установите такое положение движка, при котором произойдет резкое срабатывание светодиода VD3.
Для настройки детектора выполните следующие действия:
• Подключите вольтметр постоянного тока на выход детектора и подайте на вход модема сигнал от звукового генератора (ЗГ).
• Установите ЗГ на частоту срабатывания детектора (которая примерно должна соответствовать центральной частоте настройки входного полосового фильтра), изменяя величину сопротивления настройки DD2 (R3) от минимума. Остановите движок резистора при резком уменьшении показаний вольтметра.
• Проверьте срабатывание детектора при уменьшении и увеличении частоты ЗГ выше или ниже частоты срабатывания детектора, при этом регулирующий резистор на DD4 должен иметь минимальную величину сопротивления.
• Изменяя величину сопротивления резистора настройки DD4 (R4), наблюдайте плавное сначала увеличение показаний вольтметра до момента резкого изменения показаний. В этот момент следует прекратить вращение движка резистора R4 и повернуть его на небольшой угол в обратную сторону.
• Изменяя частоту ЗГ в пределах полосы пропускания фильтра, наблюдайте скачкообразное изменение показаний вольтметра от нуля до максимума (и наоборот) ТОЛЬКО при переходе через установленную ранее частоту настройки детектора. Если будут наблюдаться и другие, пусть даже и незначительные, скачки, то следует уменьшить величину сопротивления резистора R4 (настроить DD4).
Выходное согласующее устройство
На рис. 8.14 представлена принципиальная электрическая схема согласующего выходного устройства U4.
На операционных усилителях DA1 и DA2 собран фильтр, который очищает полезный сигнал от продуктов преобразования и выдает на COM-порт полезные сигналы необходимой амплитуды и полярности. Практика показала достаточность такого согласователя почти для лю-
Рис. 8.14. Выходное согласующее устройство U4
бых видов детекторов. Поскольку радиолюбитель зачастую вынужден использовать некондиционные детали, в схему добавлен потенциометр, которым можно отрегулировать уровень напряжений выходного сигнала. При наличии входного сигнала оно должно находиться в пределах (+10... + 12 В), а при отсутствии сигнала — в пределах (-10... -12 В). Переключатель S1 может иметь быть любую конструкцию. Конденсаторы Cl = С2 = 0,047 мкФ (положение 1) должны использоваться для приема пакетных сигналов, а конденсаторы С7 = С8 = 1,0 мкФ — при телеграфе. Остальные положения переключателя отводятся для работы с другими видами связи и скоростями. Вы можете подобрать другие, более удобные для вас емкости этих конденсаторов.
Настройка модема
Изготовленный модем следует тщательно настроить. Особенно внимательно нужно выполнить настройку детектора, от нормальной работы которого зависит работа всего устройства. Настройка выполняется за несколько этапов.
• Начать настройку модема следует с выбора величин рабочих частот. Поскольку модем может работать с узкополосным сигналом, следует за основу при расчетах взять характеристики узкополосного (телеграфного) фильтра. Работать предполагается всеми видами цифровой связи. Предположим, что радиоприемник на вашей станции имеет узкополосный фильтр с шириной полосы 300 Гц и пропускает частоты от 1000 до 1300 Гц. В этом случае величина средней частоты будет равна 1150 Гц. Учитывая величину сдвига частот, равную 200 Гц, определяем, что нижняя частота должна быть 1050 Гц, а верхняя — 1250 Гц.
• Далее проводим настройку тонального генератора (см. рис. 8.2). Для настройки частотомер подключается к точке выхода, регулировкой R10
устанавливается величина нижней частоты (например, 1050 Гц), а регулировкой R9 (при замкнутой на землю точке входа «Управление») устанавливается величина верхней частоты (например, 1250 Гц). Изменением величины резистора R7 можно корректировать качество синусоиды генерируемого сигнала (только при осциллографическом контроле). Резистором R18 добиваются равной амплитуды для сигналов высокой и низкой частоты. Величина амплитуды выходного сигнала должна измеряться вольтметром, подключенным к выходу тонального генератора.
• Затем следует от звукового генератора подать на вход фильтра (см. рис. 8.3) сигнал с частотой 1150 Гц. Каскады на DA1 и DA2 резисторами R5 и R6 настраиваются на эту среднюю частоту поочередно.
• Далее следует подключить вольтметр постоянного напряжения на выход специального частотного детектора (см. рис. 8.4) и подать на вход модема сигнал от звукового генератора 1150 Гц. При этом будем считать, что именно эта частота должна быть частотой срабатывания детектора. После того, как вы наберетесь побольше опыта в настройке детектора, можно будет по своему желанию изменять величину частоты срабатывания детектора.
Установите движок резистора R3 на минимальное сопротивление. Медленно изменяя величину сопротивления резистора R3 от минимума в сторону увеличения, сразу же остановите движок резистора при резком уменьшении показаний вольтметра. Можно считать, что нами установлена нужная частота срабатывания детектора, равная величине 1150 Гц.
• Следующим этапом должна быть проверка правильности выполненных действий по установке частоты срабатывания детектора. Это легко проверить, если изменять частоту звукового генератора, подключенного на вход модема. При изменении частоты звукового генератора от 1050 до 1250 Гц показания вольтметра должны резко изменяться при переходе через частоту 1150 Гц. При этом регулирующий потенциометр на DD4 должен иметь минимальную величину сопротивления.
Резистором R4 можно изменять «наполняемость» сигнала. Изменяя величину сопротивления резистора настройки DD4 (R4), наблюдать постоянное увеличение показаний вольтметра и, в какой-то момент, резкое изменение показаний. В этот момент следует прекратить вращение движка резистора и на небольшую величину угла повернуть движок резистора R4 в обратную сторону. На рис. 8.6 показаны осциллограммы сигналов в отдельных точках схемы детектора. В положении А изображена осциллограмма, полученная на выводе 6 микросхемы DD3, в случае, если частота сигнала на входе выше частоты срабатывания детектора. На графике видно, что положительные импульсы составляют
половину периода, т. е. имеем вид колебаний, называемый «меандр». Если частота сигнала будет Меньше частоты срабатывания детектора, то в этой точке напряжение будет равно нулю. Далее сигнал поступает на микросхему DD4, назначение которой только одно — увеличить продолжительность положительного импульса, как бы растянуть его. Казалось бы, что можно обойтись и без этого каскада, но практика показала, что каскад на DD4 улучшает сигнал на выходе модема. Увеличение длительности положительного импульса выполняется резистором R4. Нормальным можно считать положение, когда длительность положительного импульса составляет не более 3/4 от длительности периода. Такой вариант осциллограммы на выходе микросхемы DD4 показан в положении В. В случае увеличения длительности сверх указанной величины возможно скачкообразное изменение формы сигнала и увеличение периода колебаний в два раза. Момент такого резкого изменения периода отмечается вольтметром как резкое уменьшение величины напряжения на выходе. Состояние сигнала на выходе микросхемы DD4 будет соответствовать положению С на рис. 8.15. Такое явление является нежелательным, поэтому следует быть внимательными при регулировке сопротивления резистора R4.
Заключительную проверку можно сделать, изменяя частоту ЗГ в пределах полосы пропускания фильтра и при этом наблюдая скачкообразное изменение показаний вольтметра от нуля до максимума (и наоборот) ТОЛЬКО при переходе через установленную ранее частоту настройки детектора (1150 Гц). Если будут наблюдаться и другие, пусть даже незначительные, скачки, то следует уменьшить сопротивление резистора R4 (настроить DD4).
Предложенный вариант модема хорошо согласуется с COM-портом компьютера и показал очень хорошие результаты при работе телеграфом и удовлетворительные результаты при работе с другими видами цифровой связи — RTTY, AMTOR, PACTOR и Packet Radio. Основное дос-
тоинство этой конструкции — возможность принимать сигналы при очень узкой полосе входного фильтра, что исключительно важно в условиях больших помех. Ни одна другая из известных мне конструкций этого делать не может. Возможность работы с очень узкой полосой обеспечивается только благодаря применению специального частотного детектора.
Если кто-то решил взяться за изготовление такого модема, то не стоит откладывать начатое дело. Блочная конструкция позволяет заменять любой неудачный блок более надежным и более удобным.
Модем для частоты 215 кГц
Предлагаемый вашему вниманию модем предназначен для радиолюбителей-экспериментаторов. Замечательное свойство этой конструкции заключается в том, что все её радиодетали работоспособны до частот в несколько мегагерц. Это значит, что модем без каких-то переделок может быть работоспособным в большом диапазоне скоростей, даже при очень больших скоростях. Нужно проводить эксперименты.
Модем предназначен для работы всеми описанными в этой книге видами цифровой радиосвязи. Схема модема, по моему мнению, является исключительно перспективной из-за использования частот ПЧ (промежуточных частот). Модем по такой схеме можно сделать для любой из применяющихся на практике первой промежуточной частоты — 110, 215, 465 и 500 кГц. При этом каждому значению ПЧ должны соответствовать свои параметры полосового фильтра и настроечных элементов детектора — частотозадающих конденсаторов и резисторов. Предлагается всем желающим доработать модем по своему вкусу и возможностям, провести тестирование и сравнить работу этого модема с модемом, предназначенным для работы на звуковых частотах.
Главные преимущества этой конструкции модема:
• возможность работы с различными скоростями без каких бы то ни было переключений;
• при приеме сигналов не имеет значения сдвиг частот (разница между частотами mark и space);
• упрощается настройка на принимаемую станцию;
• меньшие неприятности от эффекта Доплера при работе со спутниками.
Схема модема
Блок-схема модема соответствует схеме, изображенной на рис. 8.1. Единственное отличие состоит в том, что в модеме на 215 кГц сигнал от устройства U1 подается не на микрофонный вход, а на каскад, расположенный после формирователя SSB-сигнала.
Детали всех узлов модема рассчитаны на его работу со средней частотой примерно 215 кГц. Узлы модема проверялись на работоспособность в составе радиостанции, основу которой составлял радиоприемник Р-250М. Модем совмещает в себе две основные составные части — передающую часть (модулятор) и приемную часть (демодулятор).
Модулятор состоит из устройства включения и выключения передатчика и собственно модулятора — устройства для подачи на вход передатчика посылок от генератора (U1). Демодулятор включает в себя полосовой фильтр (U2), специальный частотный детектор (U3) и выходной узел (U4). Подключение модема к компьютеру должно выполняться через стандартный COM-порт с интерфейсом RS-232C.
Блок U1 представляет собой специальный генератор частоты 215 кГц (рис. 8.16). Сигналы для манипуляции генератора поступают с контакта 20 (4) разъема. Генерируемая U1 частота суммируется с несущей частотой передатчика, и в эфир идет полезный сигнал. Получается так, что транзистор VT2 выполняет роль ключа и выполняет процесс модуляции путем манипуляции генератора ПЧ. Далее сигналы манипулируемого генератора подаются на вход передатчика, специально предусмотренный для сигналов промежуточной частоты (подается на смесительный каскад вместо сигналов от формирователя SSB).
Дальнейшее описание блок-схемы совпадает с аналогичным описанием для модема MODEM22a.
Отдельные узлы модема
Генератор ПЧ 215 кГц
Схема возможного варианта генератора ПЧ 215 кГц представлена на рис. 8.16. Эта схема экспериментальная, еще не прошла достаточной проверки и предназначена для применения опытными радиолюбителями-экспериментаторами .
Собственно генератор работает на микросхемах DD1.1 и DD1.2. Каскад на DD1.3 служит для улучшения характеристики выходного сигнала.
Частота на выходе DD1.3 должна быть в 10 раз больше рабочей частоты. Например, если рабочая частота составляет 215 кГц, то на выходе 8 микросхемы DD1.3 должна быть частота 2150 кГц. Следующий каскад на микросхеме DD2 работает в режиме делителя на 10.
Обратите внимание, что соединения выводов микросхемы DD2 выполнены так, чтобы последней была операция деления на два. Известно, что микросхема 155IE2 имеет в своем составе делитель на два и делитель на пять. В зависимости от порядка соединения выводов этой микросхемы можно получить разную последовательность выполнения операций деления. Но для нашего варианта очень важно, чтобы в любом случае и при любых коэффициентах деления промежуточных звеньев, последней операцией было бы деление на два.
С вывода 12 микросхемы DD2 сигнал в виде прямоугольных импульсов с частотой 215 кГц должен поступать на смесительный каскад передатчика вместо SSB-сигнала. Казалось бы, зачем усложнять схему и вводить делитель частоты, когда можно сразу получить в генераторе частоту 215 кГц и подать её на передатчик. Но в таком случае резко ухудшается стабильность частоты передатчика. Даже идеально выполненный генератор имеет какую-то нестабильность частоты, зависящую как от используемых радио-деталей, так и от температурных факторов. Если обозначить коэффициент деления буквой К, то в процессе деления стабильность частоты на выходе делителя будет в К раз лучше стабильности частоты самого генератора. В нашем случае стабильность частоты на выходе делителя будет в десять раз выше стабильности частоты на выходе генератора.
Можно сделать делитель на 40. При этом генератор должен выдавать частоту 8600 кГц. Это тоже реально возможный вариант, который может быть реализован по приведенной на рис.8.16 схеме с добавлением еще двух делителей на 2 (можно на одной микросхеме 155ТМ2). Но получить еще более высокие частоты (выше 8600 кГц) на этом генераторе будет сложно.
Катушку L1 можно намотать на четырехсекционном каркасе от гетеродинной ДВ-катушки малогабаритного радиоприемника. При этом катушка должна содержать 4 х 20 витков провода ПЭЛ 0,1. Число витков катушки также можно выбрать по данным из табл. 5.1, которая находится в гл. 5. В Интернете по адресу http://гa3xb.narod.ru/в раз де ле «Программы» можно скачать программу под названием «INDUKTIW », предназначенную для расчета числа витков в катушках индуктивности и расчета других элементов колебательного контура.
Настройку следует выполнять подбором резистора R1 и конденсаторов СЗ и С6. Подбором сопротивления R1 добиваются работоспособности генератора, подбором емкости С6 и подстройкой емкости С5 следует установить на выходе делителя (контролировать частотомером) высокую рабочую частоту (mark), а подбором емкости СЗ и подстройкой емкости С4
(при замкнутой на землю точке «Вход») — нижнюю частоту (space). Установка частоты должна контролироваться радиоприемником с подключенным к нему демодулятором или достаточно точным частотомером. Принципиальная схема еще одного из возможных вариантов генератора представлена на рис. 8.17. Задающий генератор выполнен по аналогичной с предыдущим вариантом схеме, но на МОП микросхеме. Параметры катушки и способы настройки см. в описании предыдущей схемы. Отличие состоит в том, что следующий за генератором каскад на микросхеме DD2 (561IR2) является одновременно и делителем на десять, и формирователем синусоидального сигнала частотой 215 кГц.
В одном и другом вариантах генераторов излучается двухчастотный сигнал с непрерывающейся фазой. Это очень важно в смысле излучения помех. Тот факт, что в первом варианте используется не синусоидальный сигнал, большой роли, на мой взгляд, не имеет. Мне приходилось работать со станциями, использующими сигнал прямоугольной формы, и никаких неприятных явлений при этом не обнаруживалось.
Полосовой фильтр
Схема полосового фильтра U2 простая. Сигнал на вход демодулятора подается с последнего каскада УПЧ приемника, усиливается каскадом на транзисторе VT1, фильтруется электромеханическим фильтром ЭМФ215-1кГц и снова усиливается каскадом на VT2. Принципиальная схема полосового фильтра представлена на рис. 8.18.
Если у вас нет электромеханического фильтра, то можно поставить (с несколько худшими результатами) обычный двухконтурный фильтр со слабой связью между контурами или просто одиночный колебательный контур, настроенный на частоту 215 кГц.
Никакой специальной настройки фильтр, выполненный на электромеханическом фильтре, не требует. Следует проверить только исправность радиодеталей и отсутствие ошибок при монтаже.
Рис. 8.18. Схема полосового фильтра U2
Специальный частотный детектор
В описываемой конструкции модема используется экспериментальный вариант демодулятора сигналов, предназначенный для работы в режиме Packet Radio, тем не менее он с успехом может работать в любых других цифровых видах радиосвязи. В демодуляторе применен разработанный автором оригинальный частотный детектор (рис. 8.19), отлично выполняющий свои функции в большом диапазоне частот от сотен герц до единиц мегагерц. Данный вариант детектора работает на частоте ПЧ 215 кГц и испытывался в работе совместно с приемником Р-250М и программным эмулятором TNC типа TFPCX. у
Каскад на транзисторе VT1 является согласующим элементом между предыдущими транзисторными каскадами и ТТЛ-микросхемами и не допускает поступления сигналов с большой амплитудой на входы микросхем с ТТЛ-уровнями сигналов. Конденсатор С2 и резистор R2 являются дифференцирующей цепочкой для преобразования сигнальных посылок в укороченные импульсы; DD1A и DD1B формируют фронты импульсов.
Микросхемы DD2 и DD3 составляют собственно частотный детектор. Сформированный на элементах микросхемы DD1 укороченный импульс
Рис. 8.19. Схема специального частотного детектора U3
поступает одновременно на вывод 5 ждущего мультивибратора DD2 и на тактовый вход D-триггера DD3. Длительность импульса DD2 должна быть предварительно настроена элементами С4 и R3 так, чтобы она была немного меньше длительности SPACE (низкая частота) сигнала. Это легко выполняется с помощью простейшего сигнал-генератора ПЧ-частот и вольтметра. При этом, если на вход детектора будут поступать импульсы с частотой SPACE рабочего сигнала или с более низкой частотой, то на выводе 6 триггера DD3 напряжение будет равно нулю.
Если же на вход детектора начнут поступать импульсы с частотой выше SPACE (низкочастотного) рабочего сигнала, то на выходе триггера DD3 появится меандр с периодом, равным удвоенной частоте входных импульсов.
Выходное согласующее устройство
На рис. 8.20 представлена принципиальная электрическая схема согласующего выходного устройства U4.
На операционных усилителях DA1 и DA2 собран фильтр, который очищает полезный сигнал от продуктов преобразования и выдает на СОМ-порт полезные сигналы требуемой амплитуды и полярности. Практика показала достаточность такого согласователя, можно сказать, для любых видов детекторов. Поскольку радиолюбители зачастую вынуждены использовать некондиционные детали, в схему добавлен потенциометр R4 (с дополнительными резисторами R2 и R5). С их помощью необходимо установить уровни напряжения выходного сигнала при наличии входного сигнала (+10...+12В) и при отсутствии сигнала (-10... -12В).
Светодиод VD1 служит индикатором работы демодулятора. Никакой предварительной настройки (при исправных деталях и монтаже) не требуется.
Рис. 8.20. Выходное согласующее устройство U4
Настройка модема
Изготовленный модем следует тщательно настроить. Особенно внимательно нужно выполнить настройку детектора, от нормальной работы которого зависит работа всего устройства.
Настройка выполняется за несколько этапов и начинается с подачи на вход демодулятора сигнала с частотой, равной средней частоте ПЧ канала. При этом уточняются величины емкостей конденсаторов СЗ и С5, проверяется наличие усиления сигнала каскадами на транзисторах VT1 и VT2 полосового фильтра.
При наличии осциллографа следует проверить наличие прямоугольных импульсов на коллекторе транзистора VT1 (схема частотного детектора). Затем проверяется прохождение сигнала через DD1A и DD1B. Для этого следует подключить вольтметр постоянного тока к выводу 6 DD3. При этом резистор R3 должен иметь минимальное сопротивление, а показания вольтметра должны быть равны нулю. Изменяя сопротивление R3 в сторону увеличения, добиться скачка напряжения примерно до двух вольт. Убедиться, что частота сигналов на входе демодулятора действительно соответствует средней частоте ПЧ канала. Изменяя частоту в ту или иную сторону от средней частоты, наблюдать скачкообразное увеличение показаний вольтметра и резкое падение напряжения до нуля. При этом должен загораться или гаснуть индикатор VD1 на выходном согласующем устройстве U4.
Подключить вольтметр постоянного тока к выходу согласующего устройства. От звукового генератора через конденсатор емкостью 0,01мкФ подать сигнал с частотой 300-600 Гц в точку «Вход» выходного устройства (на вход DA1). Перемещая движок потенциометра R4, добиться нулевых показаний вольтметра. Установленный режим работы выходного устройства при этом будет соответствовать режиму меандра на выходе.
Заключительную проверку можно сделать, изменяя частоту ПЧ в пределах полосы пропускания фильтра; при этом наблюдать скачкообразное изменение показаний вольтметра от нуля до максимума (и наоборот) ТОЛЬКО при переходе через установленную ранее частоту настройки детектора (среднюю частоту полосы пропускания фильтра ПЧ).
Все примененные в демодуляторе детали не имеют каких-либо особенностей и могут быть заменены на аналогичные других типов. Входящий в состав демодулятора оригинальный частотный детектор позволяет добиться качественного приема сигналов без привлечения дефицитных специальных микросхем, используя только детали широкого применения. В дополнение к этому описанная схема демодулятора имеет следующие преимущества по сравнению с традиционными схемами демодуляторов:
• исключительная простота настройки детектора и демодулятора в целом;
• возможность применения более узкополосого активного фильтра принимаемых радиосигналов, что особенно важно при работе на коротких волнах;
• простота настройки на принимаемую радиостанцию; допускается уход частоты принимаемой радиостанции примерно на 80 Гц в коротковолновом диапазоне и на 400 Гц в УКВ, что значительно уменьшает неприятности, связанные с эффектом Доплера при работе со спутниками. Указанные величины весьма ориентировочны и зависят от полосы пропускания входного фильтра и настройки частоты переключения детектора;
• демодулятор работает не непосредственно с поступающими из эфира сигналами, а с аналогами этих сигналов, сформированными ждущими мультивибраторами и имеющими более стабильные параметры;
• частотный детектор в процессе работы не производит никаких побочных продуктов, которые могли бы создавать помехи приему.
К недостаткам следует отнести чувствительность к импульсным помехам.
Модем на 564ГГ1
Схема модема
Блок-схема модема, в котором используются микросхемы с ФАПЧ (Фазовая АвтоПодстройка Частоты) 564ГГ1 (561ГГ1), полностью совпадает с блок-схемой модема MODEM3. Поэтому здесь я только коротко опишу различающиеся узлы модема. Прочие подробности смотрите в описании модема MODEM3 в Интернете по адресу: http://users.kaluga.ru/ra3xb/ или http://ra3xb.narod.ru/.
На рис. 8.21 представлена блок-схема модема. Детали всех узлов модема рассчитаны на его работу в режиме Packet Radio со скоростью 300 бод и со средней звуковой частотой примерно 1000 Гц. Модем работает на звуковых (аудио) частотах и совмещает в себе две основные составные части — передающую часть (модулятор) и приемную часть (демодулятор).
Модулятор состоит из устройства включения и выключения передатчика и собственно модулятора — устройства для подачи на вход передатчика посылок от тонального генератора. Собственно генератор обозначен как U1, а его выходной каскад — U1.1. Демодулятор включает в себя полосовой фильтр на операционных усилителях (U2), специальный частотный детектор (U3) и выходной узел (U4).
Отдельные узлы модема
Тональный генератор
Тональный генератор U1 (рис. 8.22) выполнен на микросхеме 564ГГ1 с фазовой автоподстройкой частоты.
Порт RS-232-C
ТРАНСИВЕР
DB25
25 кон
4 RTS
20 DTR
5 CTS
7 GND
РТТ (прием/Ьередача)
к входу микрофона
от радиоприемника
земля от трансивера
Рис. 8.21. Блок-схема модема на 564ГГ1
Для улучшения частотных характеристик генерируемого сигнала к генератору добавлен каскад U1.1 на транзисторе КТ315, который служит фильтром нижних частот и позволяет регулировать амплитуду выходного сигнала. Схема этого каскада представлена на рис. 8.23.
Полосовой фильтр
Полосовой фильтр U2 используется тот же, что и в модеме MODEM22a (рис. 8.5). Фильтр выполнен на двух операционных усилителях типа К140УД7 (УД6) или подобных по одноканальному принципу.
Специальный частотный детектор
Специальный частотный детектор U3 выполнен на микросхеме 564ГГ1 (рис. 8.24).
Рис. 8.22. Принципиальная электрическая схема тонального генератора U1
Рис. 8.23. Фильтр нижних частот U1.1
Выходное согласующее устройство
Схема выходного согласующего устройства U4 заимствована из модема, работающего в режиме CW (см. рис. 8.14).
Настройка модема
Изготовленный модем следует тщательно настроить. Особенно внимательно нужно выполнить настройку детектора, от нормальной работы которого зависит работа всего устройства. Настройка выполняется за несколько этапов.
• Начать настройку модема следует с выбора рабочих частот. За основу при расчетах можно взять характеристики узкополосного (телеграфного) фильтра. Работать предполагается всеми видами цифровой связи. Предположим, что радиоприемник на вашей станции имеет узкополосный фильтр с шириной полосы 300 Гц и пропускает частоты от 1000 до 1300 Гц. В этом случае средняя частота будет равна 1150 Гц. Учитывая сдвиг частот, равный 200 Гц, определяем, что нижняя частота должна быть 1050 Гц, а верхняя — 1250 Гц. Для варианта спутниковой связи нижняя частота должна быть примерно 1500 Гц, а верхняя — 2500 Гц, при разносе частот 1000 Гц.
• Далее проводим настройку тонального генератора (см. рис. 8.22). Для настройки частотомер подключается к точке выхода, регулировкой R1 устанавливается нижняя частота (например, 1050 Гц), а регулировкой R2 (при замкнутой на землю точке «Вход») устанавливается верхняя частота (например, 1250 Гц). Амплитуда выходного сигнала измеряется вольтметром, подключенным к выходу тонального генератора.
• Теперь переходим к настройке демодулятора,а именно, его полосового фильтра. Для этого от звукового генератора на вход фильтра (см. рис. 8.5) подается сигнал «space» с частотой 1050 Гц. Каскад на DA1 настраивается на эту частоту резистором R5. Затем от звукового генератора на вход фильтра подается сигнал «mark» с частотой 1250 Гц. Каскад на DA2 настраивается на эту частоту резистором R6. Контролировать настройку каскадов следует вольтметром переменного тока, подключенным на выход фильтра. Если измерить частотную характеристику фильтра после настройки каскадов, то она должна выглядеть примерно так же, как кривая А на рис. 8.25,
• Далее следует подключить вольтметр постоянного тока к выходу частотного детектора (рис. 8.24). Подавая от звукового генератора на вход модема поочередно сигналы с частотой 1250 Гц и 1050 Гц и вращая поочередно оси переменных резисторов R1 и R2, пытаться совместить пик положительного напряжения с частотой mark, а пик отрицательного напряжения с частотой space. Следует иметь в виду, что резистором R2 устанавливается определенная величина частоты, а резистором R1 устанавливается величина разницы (сдвига) между частотами. Характеристика частотного детектора должна выглядеть примерно так же, как кривая В на рис. 8.25.
• Настройка выходного согласующего устройства выполняется следующим образом.
- Подключить вольтметр постоянного тока к выходу согласующего устройства.
- От звукового генератора через конденсатор емкостью 0,01 мкФ подать сигнал с частотой 300-600 Гц в точку «Вход» выходного устройства (на вход DA1).
- Перемещая движок потенциометра R4, добиться нулевых показаний вольтметра. Установленный режим работы выходного устройства при этом будет соответствовать режиму меандра на выходе.
• Настройку можно считать законченной, если характеристика полосового фильтра и характеристика частотного детектора соответствуют кривым на рис. 8.25.
Если сравнивать модемы MODEM22 и модем на 564ГГ1, то сразу бросается в глаза большое различие между входными полосовыми фильтрами. В
Рис. 8.25. Характеристики полосового фильтра и частотного детектора
двухканальном фильтре с острой настройкой модема MODEM22 суммарная ширина полосы пропускания двух каналов составляет не более 200 Гц, в то время как для нормальной работы частотного детектора на 564ГГ1 нужна ширина полосы не менее 400 Гц. Это говорит о том, что MODEM22 по этому параметру лучше приспособлен к работе на низкочастотных KB-диапазонах. К тому же, изготовление и настройка модемов MODEM22, MODEM21a, MODEM22a несравненно проще.
Подавитель импульсных помех
Большим злом для приема сигналов любым видом цифровой радиосвязи являются импульсные помехи. Каких-то общих рекомендаций здесь быть не может. В каждом отдельном случае нужно опробовать все известные вам способы и выбрать из них только те, которые окажутся эффективными. Очень полезными в таких случаях бывают различные ограничители амплитуды. На рис. 8.26 приведена одна из возможных схем подобного ограничителя.
Все четыре диода должны быть высокочастотными, одной марки, например, КД503.
На рис. 8.27 приведена еще одна из схем ограничителей, называемая схемой динамического ограничения. Диод должен быть высокочастотным, Строго соблюдайте полярность подключения электролитического конденсатора. Вывод А подключается к точке схемы, в которой должно поддерживаться ограничение.
Ограничитель можно ставить на входе полосового фильтра. Дополнительно к установленному здесь 1-му варианту ограничителя первой конструкции можно добавить где-нибудь в последующем каскаде 2-й вариант ограничителя.
Рис. 8.26. Схема ограничителя амплитуды (1-й вариант)
Рис. 8.27. Схема динамического ограничителя (2-й вариант)
Фильтр-удвоитель
Модем для любого вида цифровой связи представляет собой довольно капризное устройство. Помехи от соседних работающих радиостанций, атмосферные разряды, помехи от систем зажигания автомобилей — все это создает проблемы при приеме слабых сигналов. Поэтому приходится создавать различные устройства, которые оказывали бы модему помощь как при приеме слабых, так и достаточно сильных сигналов в условиях помех. Интересные возможности предоставляет схема удвоителя звуковых частот, изображенная на рис. 8.28.
Собранное по этой схеме устройство благодаря имеющемуся на его входе диодному ограничителю амплитуды уничтожает все импульсные помехи, амплитуда которых выше определенного порога, установленного ограничителем. Первичная обмотка трансформатора Тр1 вместе с подключенной параллельно емкостью С образует колебательный контур, имеющий определенную добротность и настроенный на определенную частоту. Таким
Рис. 8.28. Принципиальная электрическая схема удвоителя звуковых частот
образом, Тр1 является полосовым фильтром звуковых частот, который ослабляет все ненужные верхние и нижние звуковые частоты в принимаемом сигнале. Две вторичные обмотки трансформатора Тр1 соединены между собой так, что на свободных выводах этих обмоток частоты принимаемого сигнала находятся в противофазе. Эти противофазные сигналы поступают на базы транзисторных ключей VT1 и VT2. Поскольку коллекторы транзисторов соединены вместе и работают на общую нагрузку, то в нагрузке R2 выделяется сигнал с частотой в два раза выше, чем частота исходного принимаемого сигнала. Никакие шумы, трески и прочие помехи, присутствующие в исходном сигнале, через такой фильтр не проходят.
В практических условиях в качестве диодов D1 и D2 можно использовать диоды типа Д219-Д221, а в качестве трансформатора Тр1 можно применить переходной трансформатор от старого транзисторного приемника. Остальные детали пояснений не требуют. В некоторых случаях параллельно первичной обмотке трансформатора Тр1 можно подключить конденсатор постоянной емкости величиной 0,5-2 мкФ. Если вы предполагаете иметь на входе сигнал достаточно высокого напряжения, то на входе можно поставить ограничительную цепочку из двух последовательно соединенных пар встречно-параллельных диодов.
Где можно использовать эту конструкцию?
Если вам надоедают шумы и трески при приеме телеграфных сигналов, то подключите такой удвоитель на выход своего радиоприемника. Телефоны подключаются на выход удвоителя. Получаются удивительные вещи! Абсолютно никаких шумов и тресков. Чистейшего тона телеграфный сигнал появляется внезапно, постоянно с большой громкостью. Очень впечатляющая картина!
Любители пакетной связи на КВ диапазонах, а также всех прочих видов цифровой связи, страдающие от импульсных помех больше других, могут поставить такое устройство между выходом радиоприемника и входом модема. В этом случае разнос частот в модеме должен быть не 200 Гц, а 400 Гц (т. е. разнос частот должен быть удвоен). Преимущества:
• увеличивается разнос частот, что очень важно;
• исчезают все виды импульсных и прочих помех.
Еще один вариант подобной схемы представлен на рис. 8.29. Этим вариантом я пользуюсь чаще, особенно для удвоителей УКВ диапазона. Думаю, что и на звуковых частотах результаты работы подобных фильтров удовлетворят многих радиолюбителей.
Фильтры-удвоители являются экспериментальными и еще не прошли достаточной проверки, поэтому любая информация о их работе будет исключительно интересна для автора. Для связи можно использовать адрес электронной почты mailto:ra3xb@kaluga.ru
9 Зак. 1126
Рис. 8.29. Еще одна схема фильтра-удвоителя
Модем и звуковая карта компьютера
Три технологии в цифровой радиосвязи
Если ввести понятие «технология выполнения цифровой любительской радиосвязи», то можно будет выделить три четко ограниченные технологии, которые отличаются друг от друга основными параметрами.
• Первая технология — классическая. Она характеризуется следующими параметрами.
- Загруженная в компьютер программа только выполняет функции по обслуживанию экрана и файлов с передаваемыми и принимаемыми текстами.
- Роль согласующего устройства между компьютером и радиостанцией выполняет специальный контроллер — TNC (Terminal Node Controller). TNC представляет собой сложный аппарат, который при передаче принимает от компьютера через COM-порт текстовые строки, кодирует каждый символ (букву) из этой строки в токовые посылки и передает эти посылки в передатчик. При приеме он принимает от радиоприемника аналоговые сигналы, декодирует эти сигналы в буквы, складывает из полученных букв строки и через COM-порт передает готовые строки компьютеру. Переключает радиостанцию для работы на передачу или на прием.
- COM-порт компьютера с подключенным к нему TNC работает в нормальном режиме, соответствующем стандарту RS-232.
• Вторая технология — комбинированная. В этой технологии часть функций, которые в первой технологии выполняет TNC, передаются компьютеру.
- Загруженная в компьютер программа выполняет функции по обслуживанию экрана и файлов с передаваемыми и принимаемыми текстами. Кроме того, при передаче она кодирует каждый символ из передаваемой текстовой строки в токовые посылки и передает их модему. При приеме программа принимает от модема токовые посылки, декодирует эти посылки в буквы, складывает из этих букв слова и передает их для дальнейшей обработки.
- Роль согласующего устройства между компьютером и радиостанцией играет специальный аппарат — модем. Модем значительно проще и дешевле, чем TNC. При передаче он принимает от компьютера через COM-порт токовые посылки, преобразует их в посылки с определенной частотой и передает на вход радиопередатчика. При приеме модем принимает от радиоприемника аналоговые сигналы, преобразует их в токовые посылки и передает компьютеру. Через модем компьютер переключает радиостанцию с приема на передачу и наоборот.
- COM-порт работает в необычном для него режиме.
• Третья технология — работа через звуковую карту компьютера. Эта технология имеет много общего с технологией второй, только роль модема выполняет звуковая карта компьютера.
- Загруженная в компьютер программа выполняет функции по обслуживанию экрана и файлов с передаваемыми и принимаемыми текстами. Кроме того, она при передаче производит кодирование каждого символа из передаваемой текстовой строки в токовые посылки и передает их на звуковую карту компьютера. При приеме программа принимает от звуковой карты токовые посылки, декодирует эти посылки в буквы, складывает из этих букв слова и передает их для дальнейшей обработки.
- Роль согласующего устройства между компьютером и радиостанцией играет звуковая карта компьютера. Такой вариант значительно про-’ ще и дешевле, чем TNC или модем. При передаче звуковая карта принимает от компьютера токовые посылки, преобразует их в посылки с определенной частотой и передает на вход радиопередатчика. При приеме звуковая карта принимает от радиоприемника аналоговые сигналы, преобразует их в токовые посылки и передает компьютеру.
- COM-порт служит только для переключения радиостанции с приема на передачу и наоборот.
Все перечисленные технологии имеет свои плюсы и минусы. Рассмотрим некоторые из особенностей каждой технологии.
• Единственный, на мой взгляд, недостаток первой технологии заключается в значительной стоимости TNC. Преимуществом является отличное качество как при приеме, так и при передаче.
• Вторая технология позволяет иметь достаточно хорошее качество приема и передачи, которое в большой степени зависит от конструкции и настройки модема. Для радиолюбителей, умеющих держать в руке паяльник, это очень хороший вариант. Большинство из имеющихся в настоящее время программ по различным цифровым видам связи предназначены именно для работы с различными модемами, хотя могут отлично работать и с TNC.
• Третья технология имеет специфическую особенность. Дело в том, что в компьютере могут использоваться и очень дешевые звуковые карты, и очень дорогие. При этом дорогие карты, имеющие в своем составе специальный процессор, могут обеспечить хорошее качество сигнала. Но эти карты очень дорогие и не каждый из наших радиолюбителей сегодня в состоянии их приобрести. Дешевые звуковые карты тоже могут во многих случаях удовлетворить потребности некоторых радиолюбителей, но, как показал опыт, не всем этот вариант нравится. С аппаратными модемами получается лучше, это мое мнение.
• Существует и еще одна особенность при работе со звуковыми картами. Под управлением Windows 98 (95) работают практически все имеющиеся на отечественном рынке звуковые карты, а вот под управлением MS-DOS работают только те карты, драйверы которых имеются в данной программе.
Некоторые наблюдения и выводы
Мною проведено большое число экспериментов, в ходе которых я сравнивал качество принимаемых сигналов при работе через аппаратный модем MODEM22 и при замене модема звуковой картой компьютера. В результате этих экспериментов оказалось, что программой RTTY в режиме телетайпа через звуковую карту я не смог принимать без ошибок те радиостанции, сигналы которых отлично принимались на другую программу, работающую через аппаратный модем. После этого я провел несколько экспериментов по приему сигналов пакетных станций, работавших на 14 МГц. В этом эксперименте я пользовался программой WinPack+AGWPE и принимал сигналы одной и той же станции через аппаратный модем и через звуковую карту. Оказалось, что через звуковую карту прием был во много раз хуже.
Объяснение этому я нашел в книге Тима Кинтцеля «Руководство программиста по работе со звуком», ДМК, Москва, 2000 г.
Не вдаваясь в тонкости, сложившиеся обстоятельства, пусть и примитивно, но с достаточной степенью точности можно объяснить результат в каждом из этих случаев следующим образом:
• входной фильтр аппаратного модема, выполненный на операционных усилителях, пропускает через себя без задержки сигналы определен
ной полосы частот; при этом основополагающим фактором является только частота поступающего на фильтр сигнала.
• фильтр, выполненный на звуковой карте, представляет собой массив цифр, которыми описывается идеальная синусоида. Этот фильтр все поступающие на его вход сигналы тут же преобразует в другой массив цифр, а затем сравнивает цифры этих двух массивов на предмет совпадения. Если цифры одного массива совпадают с цифрами другого массива, то сигнал считается нормальным и фильтр его пропускает.
Получается так, что если на вход фильтра, выполненного на базе звуковой карты, поступает сигнал с идеальной (или близкой к идеальной) формой синусоиды, то такой сигнал через фильтр проходит. Так что, если вы работаете любым видом цифровой связи через звуковую карту, то выбирайте тех корреспондентов, радиостанции которых излучают близкий к идеальному синусоидальный сигнал. Иначе будут проблемы. Дело в том, что некоторые радиолюбители в своих конструкциях предпочитают использовать сигналы прямоугольной формы, которые через фильтр на звуковой карте нужно «пропихивать» какими-то специальными мерами.
Поэтому советую всем, кто хочет иметь качественный прием сигналов при работе различными видами цифровой радиосвязи или иметь приличные результаты в соревнованиях по цифровой связи, не работать через заменители модемов, в качестве которых используются звуковые карты компьютеров. Нужно устанавливать на своих радиостанциях аппаратные модемы, на входе которых стоят фильтры, выполненные или на операционных усилителях, или на контурах.
Что такое TNC
Зарубежными фирмами разработано много разных моделей TNC. В нашей стране также делались попытки создать свои конструкции на базе зарубежных компонентов. В некоторых случаях это удавалось, так что у радиолюбителей можно встретить и такие конструкции. Основная масса изготавливаемых в нашей стране аппаратов TNC делается по схеме контроллера TNC-2. Пакетный контроллер TNC-2 предназначен для проведения радиосвязей одной из разновидностей цифровой связи — Packet Radio в следующих режимах:
• в режиме терминальной станции;
• в режиме ретранслятора (digi);
• в режиме узла (node);
• в режиме почтового ящика (PMS или MBBS);
• совместно с программой компьютера позволяет организовать работу пакетного MBBS и радио TCP/IP систем для работы в сети Интернет.
Описание одной из конструкций TNC можно найти в Интернете по адресу http://ra3apw.by.ru/.
Технические характеристики TNC-2
Здесь приводятся технические характеристики TNC-2, которыми обладают практически все изготавливаемые в нашей стране подобные аппараты.
• Протокол обмена АХ.25.
• Скорость передачи по радиоканалу с внутренним модемом (имеется в виду модем на импортной микросхеме TCM3105N, встроенный в плату контроллера и предназначенный для работы на УКВ): 1200/2400 бит/с.
• Скорость передачи по радиоканалу с внешним модемом (имеется в виду любой внешний модем, подключенный к специальному разъему контроллера й предназначенный для работы на определенной скорости): 300, 4800, 9600 бит/с.
• Скорость обмена между контроллером и компьютером по СОМ-порту (режим асинхронный RS-232C): 1200, 2400, 4800, 9600 бит/с.
• Программное обеспечение компьютера, с которым может нормально работать контроллер: TAPR-совместимое, TheNet, DED, KISS, ROSE.
• Русифицированный персональный почтовый ящик (PMS) размером 15 600 байт.
• Энергонезависимое ОЗУ (в некоторых аппаратах) объемом 32 Кбайт.
• Напряжение питания 9 В.
• Ток потребления 0,25 А.
• Светодиодные индикаторы: PWR (индикатор включения), CON (индикатор соединения с радиостанцией корреспондента), STA (статус — состояние контроллера), РТТ (режим передачи), DCD (наличие несущей частоты на входе модема).
Устройство контроллера
Контроллер пакетной связи состоит из двух основных узлов: пакетного адаптера и модема.
Пакетный адаптер — это микроконтроллер, выполненный, как правило, на базе процессора (CPU) Z80. В состав процессорного комплекта входят микросхемы ОЗУ и ПЗУ, двухканальный последовательный порт Z80A SIO-0. Первый канал порта программируется для работы с модемом, второй канал предназначается для работы непосредственно с компьютером. В этот же комплект обязательно входит генератор опорной частоты, выполненный на кварце с частотой 4,9152 или 9,830 МГц. Частота кварцевого генератора проходит несколько каскадов деления частоты, что позволяет работать с различными скоростями.
Программа, хранящаяся в ПЗУ, управляет работой микропроцессора. ОЗУ служит для хранения информации, как вводимой с клавиатуры, так и принятой из эфира. Формирователь пакетов производит упаковку информации в пакеты для передачи её корреспонденту. Таймер поддерживает временные интервалы в момент установления соединения, во время обмена информацией и подтверждения, во время рассоединения.
Кроме того, в комплект непременно входят микросхемы, выполняющие функции:
• диспетчера памяти;
• преобразователя NRZ/NRZI;
• драйверов индикации;
• переключателя прием/передача;
• преобразователя уровней TTL/RS-232;
• стабилизатора напряжения.
Конструктивно контроллер выполняется на одной или двух печатных платах. Если в качестве модема работает микросхема ТСМ3105, то контроллер выполняется на одной плате размером (примерно) 160 х 115 мм. Если для модема используются отечественные радиодетали, то модем выполняется на второй плате примерно таких же размеров.
Работоспособность цифровой части контроллера определяется при включении: если нет никаких ошибок или проявившихся дефектов, то при включении сначала загораются, а потом гаснут два светодиода — CON и STA, а на экране появляется заставка контроллера.
Звуковая карта вместо модема
При обмене мнениями между радиолюбителями по вопросу роли компьютерных звуковых карт в любительских цифровых видах связи, многие упрекают меня в том, что я умаляю роль этих устройств.
Но это совершенно не так. Мне очень даже нравятся эти устройства, и я частенько с удовольствием слушаю музыку, которая выдается компьютером благодаря звуковым картам.
Цифровая связь основана на том, что сигналы от компьютера перед поступлением в передатчик должны обязательно пройти через устройство, называемое модулятором, а от приемника к компьютеру обязательно должны пройти через устройство, называемое демодулятором. Два этих устройства, объединенные в одну конструкцию, называются модемом. Хочешь или не хочешь, но без модема нет и не может быть цифровой связи. В радиолюбительской практике часто ВМЕСТО специального аппаратного модема используют ИМИТАЦИЮ модема в виде звуковой карты, но
звуковая карта является лишь СУРРОГАТНЫМ ЗАМЕНИТЕЛЕМ МОДЕМА. Это объективная реальность, и от нее никуда не денешься.
При этом я не имею в виду те виды связи и программы, которые изначально предназначены для работы только со звуковой картой компьютера, такие как PSK31, МТ63 и другие. Так что, по моему мнению, следует различать два способа применения звуковых карт:
• применение звуковых карт совместно с программами для цифровых видов связи, которые изначально были рассчитаны на применение аппаратных модемов;
• применение компьютерных звуковых карт совместно с программами, для работы с которыми они изначально предназначены.
В предыдущей главе я кратко описал программу PSK31, работа которой возможна только при наличии в компьютере цифровой карты.
Если сравнивать работу двух программ, из которых одна работает с аппаратным модемом, а другая использует звуковую карту, то сказать однозначно, что какая-то из этих программ является лучшей, просто невозможно. Многое зависит от субъективных факторов, т. е. от того, какой параметр считается данным радиолюбителем самым важным. Например, для одного самым важным является безошибочный прием данных, для другого — удобство в работе, а для третьего — красиво оформленная экранная заставка.
Рассмотрим кратко некоторые особенности применения дешевых звуковых карт, не имеющих в своем составе специального процессора.
В качестве модулятора звуковая карта работает довольно хорошо, т. е. она способна создавать хороший синусоидальный сигнал достаточной силы, и все было бы хорошо, если бы не некоторые особенности компьютерных операционных систем. Каждая операционная система работает с большим числом прерываний, т. е. если подошел момент для выполнения какой-то системной операции, то процессор прекращает выполнение текущего процесса и выполняет необходимую операцию. Если текущей операцией была генерация звука картой, то во время прерывания вместо звука от карты НИКАКОГО другого сигнала не будет. Наше ухо воспримет этот момент как небольшой щелчок, а вот программа вашего корреспондента воспримет это как помеху и выдаст сбой. Если MS-DOS делает не так уж много прерываний, то Windows с ее ну уж очень большим числом прерываний увеличивает число сбоев во много раз. Конечно, по сравнению с «мини hamcom» или «мини Ьаусот» модемами на одном операционном усилителе такая работа покажется выходом в рай, но по сравнению с нормальным модемом этот процесс будет выглядеть не очень здорово.
В качестве демодулятора звуковая карта выглядит еще хуже. К тем сбоям, которые создают прерывания, добавляется тот факт, что звуковая
карта плохо выполняет функцию детектора. Для лучшего выполнения этой функции следует ставить до звуковой карты специальные преобразователи сигнала, а это сводит на нет все остальные кажущиеся преимущества замены модема звуковой картой. Еще одной функцией демодулятора является фильтрация поступающего от приемника сигнала. Совместно со звуковой картой должен использоваться программный фильтр. Это очень громоздкая и малоэффективная часть программы. Аппаратные фильтры работают намного лучше и не искажают сигнал. Этого мнения придерживаюсь не только я. Например, Peter Martinez, создатель AMTOR и PSK31, в своей большой статье о философии PSK31 пишет, что выполненные программно полосовые фильтры зачастую вносят искажения сигналов. Известный программист Tom Sailer в документации к программе TERMAN93 предостерегает от использования узкополосных DSP-фильтров из-за искажений, вносимых ими в сигналы.
Чтобы понять, почему стало популярно использовать звуковые карты в качестве модемов цифровой связи, следует обратить внимание на следующие факторы. Радиолюбители, возраст которых сейчас перевалил за 60 или около того, образно говоря «родились с паяльниками в руках». Они знали, что если сами не сделают эту очень нужную на данный момент конструкцию, то попросту никогда не будут ее иметь. А радиолюбители младшего возраста родились «с папиным кошельком в руках» и самостоятельное изготовление какого -то аппарата превращается для них в проблему. Пусть не для всех, но для многих это так и есть. Поэтому изготовление даже самой простой конструкции повергает этого человека в ужас. Когда радиолюбителям нашей страны было разрешено работать RTTY и когда появились миникомпьютеры «Радио-86.РК», в журнале «Радио» появилось описание конструкции хорошего фильтрового модема, сделанного москвичом Демиденко. В это же время подобные конструкции, но на несколько ином уровне были опубликованы в журнале «Funkamateur». Эти конструкции были исключительно удачными и использовались радиолюбителями много лет, у некоторых они работают даже и до сего времени.
Потом началась эра IBM PC и появились программы НАМСОМ и BAYCOM, которые допускали возможность работать с очень простыми минимодемами на одном операционном усилителе. Опытные радиолюбители сразу же отказались от этих «чудо-устройств» из-за очень плохого качества приема сигналов, а вот юным, которые еще не работали с нормальными модемами, они показались привлекательными, конечно же, из-за их простоты реализации. Многие из них просто не имели представления о том, что можно принимать сигналы с гораздо лучшим качеством и без ошибок, которые с избытком допускались «минимодемами». То, что на самом деле эта конструкция представляла собой пародию на нормальный модем, никто не хотел слышать. Потом вдруг появилась возможность использовать вместо «минимодема» звуковую карту, которая обеспечи
вала прием с несколько лучшим качеством, и это для многих стало чудесным избавлением от мук с «минимодемом», звуковым картам стали приписывать сверхвозможности, короче появилось новое «божество».
Особенно усердствуют в приписывании различных чудес при работе через звуковые карты те, кто не знал ничего кроме «минимодема». В настоящее время любое упоминание о нормальном модеме у большинства ассоциируется с «минимодемом» или с баснословными по цене модемами западных фирм. И совсем мало кто знает о том, что сделать модем, посредством которого можно на равных работать с любыми корреспондентами, совсем не сложно и совсем не дорого. Нужно только захотеть. Иметь хороший модем — нет ничего проще!
Заключение
Наблюдая в течение многих лет за работой любительских радиостанций через аппаратуру ИСЗ, постоянно приходилось отмечать, что среди огромного числа любителей спутниковой связи радиолюбители нашей страны попадаются очень редко. Когда задумываешься о причинах такого положения, на ум приходят следующие соображения.
• После серии замечательных статей Владимира Леонидовича Доброжанского в журнале «Радио», напечатанных в 1976-1977 годах, других серьезных статей на тему спутниковой связи ни в одном из журналов не было. Были отдельные малые публикации, которые большого интереса не вызывали.
• Книжные издательства также не баловали вниманием тему спутниковой связи, особенно связи радиолюбительской.
• Сами радиолюбители, занимавшиеся спутниковой связью и имевшие в этом деле значительные успехи, не стремились поделиться опытом с начинающими любителями спутниковой связи.
• Наши предприниматели не хотят заниматься изготовлением доступной по цене любительской аппаратуры. Среди радиолюбителей ходят слухи о том, что в западных странах имеется большое скопление бывшей в употреблении, а следовательно, очень дешевой любительской аппаратуры. Наверняка этой аппаратурой могли бы пользоваться наши радиолюбители, которые не в состоянии самостоятельно что-либо изготовить. Ведь привозят же тысячами подержанные автомобили...
Все эти мысли побудили меня начать пропаганду спутниковой связи в радиолюбительских журналах, в Интернете и любительской пакетной сети. Накопленный годами материал я собрал в этой книге. Кстати, известный украинский радиолюбительский журнал отказался опубликовать предложенную мною серию статей о спутниковой связи.
Цель этой книги — привлечь молодых радиолюбителей к спутниковой связи. Именно на их период жизни пришлось полное замалчивание темы ИСЗ. Думаю, что представленная здесь информация может быть им очень полезной.
На моей страничке в Интернете, которая располагается по адресу http:/ /ra3xb.narod.ru/, постоянно публикуется и будет публиковаться в дальнейшем некоторая информация по спутникам. Там же вы можете найти различные компьютерные программы, статьи о цифровых ви
дах связи и многое другое. Если кто-то имеет приличные достижения в области спутниковой связи и хочет поделиться своими знаниями с другими, то может присылать эту информацию мне по электронной почте. Я опубликую ее на моем Web-сайте и, по желанию автора, в любительской пакетной сети.
Желаю всем читателям счастья и успехов.
731 Геннадий А. Тяпичев - RA3XB
mailto: ra3xb@kaluga.ru
Приложение А
Краткие сведения о радиолюбительских спутниках
Приведены краткие сведения о спутниках типа OSCAR (OSCAR — Orbiting Satellite Carrying Amateur Radio), а также сделанных в СССР и России за период с 1957 по 2002 годы.
Sputnik-1 — первый в мире искусственный спутник Земли, выведен на орбиту 4 октября 1957 года. Спутник имел на борту передатчик, который непрерывно посылал в эфир прерывистые сигнальные импульсы, напоминающие «тире» в телеграфном сигнале, на частоте 20 МГц. Находился на орбите несколько недель.
OSCAR 1 — первый спутник из серии Phase- 1-Satelliten, был выведен на орбиту 12 декабря 1961 года. Имел на борту передатчик мощностью 100 мВт. Находился на орбите почти три недели.
OSCAR 2 — точная копия спутника OSCAR 1, выведен на орбиту 2 июня 1962 года. На орбите находился 19 дней. Мощность передатчика — 100 мВт.
OSCAR 3 — выведен на орбиту 9 марта 1965 года, был первым спутником, на борту которого находился ретранслятор. Находился на орбите 18 дней, в течение которых более 100 радиолюбителей из 16 стран провели радиосвязи через установленный на его борту ретранслятор. Мощность передатчика составляла 1 Вт.
OSCAR 4 — выведен на орбиту 21декабря 1965 года. Имел на борту Mode-J-Transponder (ретранслятор). Планировался вывод этого спутника на эллиптическую орбиту (Phase 3), но из-за технической неисправности остался на малой орбите. Находился на орбите 85 дней. Мощность передатчика — 3 Вт.
OSCAR 5 (АО-5) — создан студентами из университета г. Мельбурн (Австралия), выведен на орбиту 23 января 1970 года. Первый из спутников, выведенных на орбиту под эгидой AMSAT. Находился на орбите 52 дня. Передавал телеметрию на диапазонах 145 и 29 МГц.
OSCAR 6 (АО-6) — первый спутник серии Phase-2, выведен на орбиту 15 октября 1972 года. На борту имел Mode-A-Transponder (ретранслятор) и находился на орбите почти 5 лет. Мощность передатчика составляла 1,5 Вт.
OSCAR 7 (АО-7) — создан международной группой радиолюбителей, выведен на орбиту 15 ноября 1974 года. На борту спутника имеются ретрансляторы Mode-A и Mode-B. Мощность передатчика — 8 Вт. Спутник надежно работал в течение 6 лет, затем замолчал в результате выхода из
строя аккумуляторов питания. И вдруг, 21 июня 2002 года Пат Гоуен, G3IOR, в 17.28 UTC стал принимать сигналы от этого спутника! Через 21 год после «похорон»! Сразу же стали предприниматься попытки установить со спутником контакт. Оказалось, что спутник сейчас питается напрямую от солнечных батарей и слушается некоторых команд — целых 11 штук! Работы по реанимации продолжаются.
Маяк можно услышать на частоте 29,502 МГц, если батареи спутника будут в это время освещены солнцем.
OSCAR 8 (АО-8) — был также разработан международной группой радиолюбителей, выведен на орбиту 5 марта 1978 года. На борту имелись ретранслятор Mode-A и Mode-J. Мощность передатчика составляла 1,5 Вт. Работал более 5 лет.
Radio-Sputnik 1 и 2 (RS-1 и RS-2) — выведены на орбиту 26 октября 1978 года в СССР. Каждый из них имел на борту ретранслятор Mode-A. Мощность передатчика на каждом из спутников была 1,5 Вт. Находились на орбите в течение нескольких месяцев.
OSCAR-Phase-3A — был первым из спутников серии Phase 3 (с эллиптической орбитой), на орбиту не вышел из-за неисправности ракеты 23 мая 1980 года.
OSCAR 9 (UO-9) — построен студентами университета в граф. Суррей, Великобритания, выведен на орбиту 6 октября 1981 года. Через этот спутник проведено много различных экспериментов. Прекратил работу 27 сентября 1990 года.
Radio-Sputnik 3-8 (RS-3-RS-8) — 17 декабря 1981 года в СССР были выведены на орбиту одной ракетой сразу все шесть спутников. На каждом из спутников был установлен ретранслятор Mode-A и маяк, передававший телеметрию, а на двух из них имелся ‘ROBOT’ — специальное устройство для автоматического ответа на телеграфный вызов с Земли. ROBOT называл позывной корреспондента и подтверждал проведение радиосвязи. Мощность передатчика на всех спутниках составляла 1,5 Вт. Iskra 2 — выброшен на орбиту рукой космонавта из советского космического корабля САЛЮТ-7 17 мая 1982 года. На борту спутника был ретранслятор Mode-K. Спутник находился на орбите 53 дня.
Iskra 3 — выброшен на орбиту 18 ноября 1982 года из космического корабля САЛЮТ-7. Находился на орбите 37 дней.
OSCAR 10 (АО-Ю) — второй спутник типа Phase-З, выведен на круговую орбиту 16 июня 1983 года ракетой Ариан, затем переведен на эллиптическую орбиту. На спутнике размещены ретрансляторы Mode-B и Mode-L. Однако сейчас работает только ретранслятор Mode-B при условии достаточного солнечного освещения солнечных батарей.
OSCAR 11 — построен студентами университета в граф. Суррей, Великобритания, и выведен на орбиту 1 марта 1984 года. Спутник создан для проведения экспериментов, демонстрирует цифровые коммуникационные средства и систему коррекции ошибок в режиме протокола АХ.25 (Packet-Radio). Функционирует нормально.
OSCAR-12 — построен в Японии и выведен на орбиту 12 августа 86 года. На борту спутника находились ретрансляторы Mode JA и JD. Мощность передатчика — 1 Вт. Спутник не функционирует.
Radio Sputnik 10 и 11 (RS-10/11) — построен в СССР и выведен на орбиту 24 июня 87 года. Имеет на борту ретрансляторы Mode К, Т и А. Мощность передатчика — 5 Вт. В настоящее время не работает.
OSCAR-13 (АО-13) — аналогичен спутнику АО-10, выведен на орбиту 15 июня 1988 года. Имеет на борту ретрансляторы для режимов Mode В, J, L и S. Мощность передатчика — 50 Вт.
OSCAR-14 (UO-14) — построен студентами университета в граф. Суррей, Великобритания, выведен на орбиту 22 января 1990 года совместно со спутником UO-15 и четырьмя микроспутниками. На спутнике установлена автоматическая в режиме Packet-Radio почтовая программа (Mailbox), работающая в режиме Mode JD при скорости 9600 бод.
OSCAR-15 (UO-15) — выведен на орбиту совместно с UO-14 и другими спутниками. О его работоспособности сведений нет.
OSCAR-16 (АО-16) — один из микроспутников, выведенных на орбиту совместно с UO-14 22 января 1990 года. На борту спутника находится экспериментальный Packet-Radio Mailbox, 1200 бод, в режиме Mode JD. OSCAR-17 — еще один микроспутник, как и АО-16, должен был передавать разговорные сообщения на частоте 145,825 МГц. Включить в работу не удалось.
OSCAR-18 (WO-18) — создан в университете WEBER, США. Это третий микроспутник, выведенный совместно с UO-14 и другими спутниками. Передавал телеметрию и телевизионное изображение, которое принималось установленной на борту телевизионной камерой. Для декодирования принятого сигнала нужно было использовать специальную программу. Передатчик мощностью 4 Вт работал на частотах диапазона 435 МГц.
OSCAR-19 (LU-19) — четвертый микроспутник, выведенный на орбиту вместе с предыдущими. Построен под руководством AMSAT-LU (Аргентина). На борту спутника находилась аппаратура, аналогичная аппаратуре на АО-16.
OSCAR-20 (FO-20) — второй японский радиолюбительский спутник, выведен на орбиту 07 февраля 1990 года. На борту находится ретрансля
тор для работы в режимах CW и SSB, а также Packet Radio AFSK почтовая программа (Mailbox) в Mode J.
OSCAR-21 (АО-21) — создан в СССР при участии Леонида Лабутина (AMSAT-U), выведен на орбиту 29 января 1991 года. На этом спутнике также установлена экспериментальная система RUDAK-2, изготовленная AMSAT-DL (Германия). Мощность передатчика — 10 Вт. С 12 октября 1994 года не работает.
OSCAR-22 (UO-22) — построен в университете в граф. Суррей, Великобритания, выведен на орбиту 17 июля 1991 года. Передатчик имеет мощность 4 Вт и работает в режиме Mode JD. Аппаратура состоит из цифрового Mailbox, работающего 9600 бод FSK. На борту также находится ПЗС-камера, которая передает на Землю свои картинки.
Radio Sputnik 12 и 13 (RS-12/13) — построен в СССР и выведен на орбиту 05 февраля 1991 года. В одном корпусе спутника содержится аппаратура и RS-12, и RS-13. Спутник имеет одну антенну для диапазона 29 МГц и одну антенну для 145 МГц, поэтому если один из спутников работает на одном из диапазонов, то другой или выключается, или работает на другом диапазоне. Мощность передатчика — 8 Вт.
Спутник прекратил работу летом 2002 года. До этого оба спутника работали очень хорошо.
OSCAR-23 (КО-23) — построен в республике Корея совместно с университетом в граф. Суррей, Великобритания, выведен на орбиту 10 августа 1992 года. Очень напоминает спутник UO-22. Спутник работает в режиме Mode JD. На борту имеется цифровой Mailboxs и ПЗС-камера, передающая на Землю картинки.
OSCAR-24 (ARSENE) — построен во Франции, выведен на орбиту в мае 1993 года. Спутник содержит Digipeater (цифровой ретранслятор) 1200 бод Packet-Radio на частоте 145,925 МГц и S-Band ретранслятор (Transponder) аналоговых сигналов. 2-метровый Transponder не был включен в работу с самого начала, a S-Band-Transponder прекратил работу в сентябре 1993 года.
OSCAR-25 (КО-25) — второй спутник, созданный в республике Корея, выведен на орбиту ракетой Ариан V-59 26 сентября 1993 года совместно с тремя ниженазванными спутниками. Аппаратура спутника предназначена для проведения шести экспериментов, в числе которых коммуникационные эксперименты со специальным цифровым компьютером, эксперименты с передачей на Землю изображений, эксперименты по обнаружению электронов с низкой энергией и др.
OSCAR-26 (10-26) — первый спутник, разработанный в Италии по технологии, напоминающей технологию MICROS АТ. Имеет на борту аппаратуру для цифровой связи наподобие аппаратуры других микроспутников.
OSCAR-27 (АО-27) — является радиолюбительской частью коммерческого спутника EYESAT-1 и был построен при участии организации AMRAD (США). Выведен на орбиту 26 сентября 1993 года вместе с другими спутниками. На борту имеет FM-ретранслятор.
OSCAR-28 (POS АТ-А) — первый португальский спутник, созданный совместно с университетом в граф. Суррей, Великобритания. Имеет аппаратуру для экспериментов по цифровой радиосвязи, для измерения радиоактивности среды, для экспериментов по передаче картинок и др.
Radio Sputnik 15 (RS-15) — создан в СССР, выведен 26 декабря 1994 года на орбиту с высотой 1850 км. Спутник представляет собой шар диаметром около 1 м и весом 70 кг и имеет на борту ретранслятор Mode А.
PoSAT-OSCAR 28 (PoSAT-1) — Португалия
Выведен на орбиту 25 сентября 1993 года. Спутник коммерческий.
Функционирует нормально, но для радиолюбителей недоступен. Для получения большего количества информации см. на: http://www.amsat.org/ amsat/sats/n7hpr/po28.html.
UNAMSAT-1 (Mexico) and TechSat-la (Israel)
При запуске этих спутников с космодрома Плесецк 28 марта 1995 года произошла авария ракеты. Затем вторые экземпляры этих спутников были выведены на орбиту 5 сентября 1996 года.
Fuji-OSCAR 29 (JAS-2 named Fuji-3)
Выведен на орбиту 17 августа 1996 года. Функционирует нормально. Дальнейшую информацию см. на: http://www.amsat.org/amsat/sats/n7hpr/ fo29.html.
Mexico-OSCAR 30 (МО-ЗО) — Мексика.
Выведен на орбиту 5 сентября 1996 года. Создан Национальным университетом Мексики (National University of Mexico (UNAM)). В Интернете этому спутнику (UNAMSAT) посвящена web-страница по адресу: http:// serpiente. dgsca. unam. mx/unamsat/unameng. htm.
Для получения дополнительной информации см.: http://www.amsat.org/ amsat/sats/n7hpr/mo30.html; http://www.amsat.org/amsat/sats/n7hpr/ mo30.html.
Sputnik-40 / Radio Sputnik 17 (RS-17)
Спутник был построен школьниками одной из наших средних школ в честь 40-летия со дня запуска первого ИСЗ. Спутник представлял собой копию первого в мире ИСЗ и был выведен на орбиту космонавтами станции Мир. RS-17 выдавал бип-бип- сигналы в течение 55 дней. Последние сигналы были приняты в 21.00 UTC 29 декабря 1997 года в США и на о. Реюньон (Маскаренские о-ва, Индийский ок., влад. Франции. Для получения дополнительной информации см.: http://www.ccr.jussieu.fr/ physio/Satedu/sputnik40.htmlhttp://www.ccr.jussieu.fr/pfysio/Satedu/ sputnik40.html; http://www.amsat.org/amsat/sats/n7hpr/rsl7.html.
Thai-Microsatellite-OSCAR 31 (TMSAT-1)
Выведен на орбиту 10 июля 1998 года с космодрома Байконур. Для дальнейшей информации см.: http://www.ee.surrey.ac.uk/CSER/UOSAT/ missions/tmsat/index. html
Gerswin-OSCAR 32 (TechSat-lb)
Создан в Израиле, выведен на орбиту 10 июля 1998 года с космодрома Байконур. Функционирует частично. Проект микроспутника GO-32 создан в Technion Institute of Technology в г. Хайфа, Израиль. Информацию можно получить в клубе радиолюбителей Израиля (Israel Amateur Radio Club), и кроме того, можно посмотреть изображения GO-32 на http:/ /www.amsat.org/amsat/sats/n7hpr/Cam2.jpg.
SEDSat-OSCAR 33 (SEDSAT)
Создан в университете Хантсвилла (шт. Алабама, США). Выведен на орбиту 24 октября 1998 года. Функционирует частично.
Информацию об университете в Хантсвилле см. на http://www.uah.edu, а также http://www.seds.org/ (Students for the Exploration and Development of Space (SEDS) USA). Сведения об особенностях конструкции SEDSAT-1 см. на http://seds.org/sedsat/.
PANSAT-OSCAR 34 (PANSAT) — Naval Postgraduate School, Monterey, California
Разработан в военно-морской академии Monterey (шт. Калифорния, США). Выведен на орбиту 30 октября 1998 года. Представляет собой микроспутник, предназначенный для любительской цифровой связи. Информацию о создателях можно найти на http://www.nps.navy.mil/ (Naval Postgraduate School). Этот любительский спутник является уникальным среди спутников типа PANSAT.
Для дальнейшей информации смотрите http://www.sp.nps.navy.mil/ pansat/.
Sputnik-41 / Radio Sputnik 18 (RS-18)
Выведен на орбиту 10 ноября 1998 года с космической станции Мир.
Информацию можно получить на: http://www.ccr.jussieu.fr/Satedu/ sputnik41.html.
SUNSAT-OSCAR 35 (SUNSAT) — университет Stellenbosch, Matieland, Южная Африка
Выведен на орбиту 23 февраля 1999 года. SUNSAT является микроспутником, создан студентами Electronic Systems Laboratory университета. Не функционирует. Для информации см.: http://www.amsat.org/amsat/ sats/n7hpr/s035.html; http://sunsat.ee.sun.ac.za/.
UoSAT-OSCAR 36 (UoSAT-12)
Выведен на орбиту 21 апреля 1999 года с космодрома Байконур.
Состояние неизвестно. Информацию см.: http://www.amsat.org/amsat/ sats/п 7hpr/иоЗб. html.
Arizona State-OSCAR 37 (ASUSatl) — Университет шт. Аризона, Tempe, Arizona
Выведен на орбиту 27 января 2000 года с космодрома Vandenburg AFB (шт. Калифорния, США). Не функционирует. Имел на борту аппаратуру для пакета и голосовой ЧМ-репитер на диапазоны 2м/70 см.
ASUSatl был спроектирован в Центре аэрокосмических исследований университета (Aerospace Research Center) университета шт. Аризона, США.
Информация на http://www.eas.asu.edu/~nasasg/.
OPAL-OSCAR 38
Выведен на орбиту 27 января 2000 года с космодрома Vandenburg AFB в шт. Калифорния, США. Создан в Лаборатории разработки спутниковых систем (Satellite Systems Development Laboratory — SSDL) Станфордско-го университета (шт. Калифорния, США).
Информацию см. на http://aa.stanford.edu/~ssdl/proects/squirt2/.
StenSAT
Выведен на орбиту 27 января 2000 года совместно со спутником OPAL с космодрома Vandenburg AFB в шт. Калифорния, США.
StenSat был создан группой радиолюбителей-энтузиастов на базе и по аналогии со спутником OPAL. Представлял собой кубик со стороной 8,2 дюйма. Имел на борту голосовой репитер, работающий в режиме J. Информацию см. на http://users.erols.com/hheidt/.
Thelma and Louise (a.k.a. Thunder and Lightning) — Santa Clara University ParaSat Program Artemis Picosatellite Project
Выведен на орбиту 27 января 2000 года совместно с OPAL с космодрома Vandenburg AFB в шт. Калифорния, США.
Информацию см. на http://screem.engr.scu.edu/artemis/.
Weber-OSCAR 39 (JAWSAT — Joint Air Force Weber Satellite)
Выведен на орбиту 27 января 2000 года с космодрома Vandenburg AFB в шт. Калифорния, США.
Служит целям проведения нескольких экспериментов. Создан в Центре аэрокосмических технологий (Center for Aerospace Technology, CAST) при университете Weber State University (шт. Юта, США).
Информацию см. на http://cast.weber.edu/jawsat/.
AMSAT-OSCAR 40 (P3D)
Выведен на орбиту 16 ноября 2000 года. Функционирует.
Информацию см. по адресу: http://www.amsat.org/amsat/sats/n7hpr/ ao40.html.
SaudiSat-OSCAR 41 (SaudiSat-la)
Выведен на орбиту 26 сентября 2000 года с космодрома Байконур в числе трех других спутников. Функционирует.
Построен в Саудовской Аравии. Должен работать в цифровом режиме 9600 бод; имеет также аппаратуру для FM-связи.
Информацию см. на http://www.kacst.edu.sa/, а также http:// saudisat.kacst.edu.sa/index.shtml.
SaudiSat-OSCAR 42 (SaudiSat-lb)
Выведен на орбиту 26 сентября 2000 года с космодрома Байконур в числе трех других спутников. Функционирует в наладочном режиме. Должен работать в цифровом режиме 9600 бод, имеет также аппаратуру для FM-связи.
Информацию см. на http://www.kacst.edu.sa/, а также http:// saudisat.kacst.edu.sa/index.shtml.
Malaysian-OSCAR-46 (TiungSAT-1)
Выведен на орбиту 26 сентября 2000 года с космодрома Байконур совместно с тремя другими радиолюбительскими спутниками. Функционирует.
Status: Operational
МО-46 является первым микроспутником Малайзии и предназначен для коммерческих служб и передачи карт погоды. Также содержит аппаратуру Для радиолюбительской FM- и FSK-радиосвязи.
Для информации см. http://www.atmsb.com.my/ или http://www.amsat.org/ amsat/sats/n7hpr/tiungsatl.html.
Starshine-OSCAR-43 (Starshine-3)
Выведен на орбиту 30 сентября 2001 года с космодрома Кадьяк на Аляске ракетой Athena I в составе еще трех спутников.
Высота орбиты: 500 км, наклон орбиты 67°.
Состояние неизвестно. Молчит с 9 января 2002 года.
Starshine-З имеет диаметр около метра (37 дюйм), весит 91 кг и несет на себе 1500 алюминиевых отполированных зеркал.
Starshine 3 передает телеметрию (9600 бит/с АХ.25) на частоте 145,825 МГц каждые 2 мин.
Для участия в проекте и проведения экспериментов по приему телеметрии и визуальному наблюдению спутника посетите страничку по адресу: http://epulation.com/starshine/starshine3. Для получения большего количества информации посетите http://www.azinet.com/starshine/.
Nav-OSCAR 44 (Prototype Communications Satellite — PCSat)
Выведен на орбиту 30 сентября 2001 года с космодрома Кадьяк на Аляске ракетой Athena I.
Функционирует.
Одновременно этой ракетой было выведено на орбиту четыре спутника — St arshine 3, PICOsat, PCsat и Sapphire.
PCSat представляет собой 1200-бод APRS digipeater, предназначенный для работы передвижных станций или станций с переносной аппарату
рой. Информацию можно получить по адресу: http://pcsat.aprs.org/. Аппаратура спутника изготовлена курсантами Военно-морской академии США.
Дальнейшую информацию можно получить по адресу: http:// web. usna. navy .mil/ -br uninga/pcsat. html.
Nav-OSCAR 45 (Sapphire)
Выведен на орбиту 30 сентября 2001 года с космодрома Кадьяк на Аляске ракетой Athena I.
Функционирует.
SAPPHIRE является микроспутником, построен студентами Станфордс-кого университета. Спутник содержит аппаратуру для проведения исследований.
Для большей информации см. в Интернете сайт: http:// students. сес. wus tl. edu /-sapphire/sapphir e_overview. html.
RS-21 /Radio Sputnik 21/ (Kolibri-2000 — The International School Space Program)
20 марта 2002 года в 01:28 MSK от транспортно-грузового корабля «Прогресс» произошло отделение российско-австралийского микроспутника «Колибри-2000» (RS-21). Радиолюбители со спутника могли получить телеметрическую информацию в режиме CW и услышать звуковые фрагменты с записью голосов юных участников проекта. Спутник быстро снижался и скоро перестал существовать.
Информацию см. в Интернете по адресам: http://www.iki.rssi.ru/kolibri/ missionl_e.htm; http://tarusa.ru/kolibri2000 (Russian).
BreizhSAT-OSCAR 47 и 48 (IDEFIX CU1 и CU2)
Выведен на орбиту 3 мая 2002 года с космодрома Kourou во Французской Гвиане.
Оба спутника были разработаны под руководством AMSAT-France и прикреплены к третьей ступени ракеты Ариан 4. Питание осуществлялось от батарей, рассчитанных на срок работы в течение 40 дней. Высота орбиты составляла 800 км. Со спутников ВО-47 и ВО-48 передавались голосовые сообщения и телеметрические данные. Телеметрия передавалась методом 400 бит/с BPSK, как и со спутника АО-40.
ВО-47 (CU1) прекратил работу через 32 дня. ВО-48 (CU2) после этого проработал еще 14 дней.
Для информации можете посетить http://www.idefix-france.net/ или http://www.ccr.jussieu.fr/physio/amsat-france/.
RS-20 / Mozhaec / Можаец
28 ноября 2002 года ракетой-носителем «Космос-ЗМ» с Российского Государственного испытательного космодрома Плесецк выведен на орбиту искусственного спутника Земли космический аппарат «Можаец». Среди радиолюбителей он известен как RS-20, в каталоге NASA числится как
«Mozhaec«. Средняя высота орбиты 720 км, наклонение 98,2°, период обращения 99,1 мин.
КА «Можаец» разработан и изготовлен Научно-производственным объединением прикладной механики им. академика М.Ф.Решетнева (г. Железногорск Красноярского края) на базе конверсионного аппарата.
Спутник является исследовательским, для радиолюбителей доступен маяк, передающий постоянно телеметрическую информацию.
SAREX
Во время запусков космического челнока Шаттл (США) выдаются кепле-ровские данные на аппарат под названием SAREX (Shuttle Amateur Radio Experiment). Информацию о SAREX всегда можно найти по адресу: http:/ /sar ex. gsf с. nasa. gov /.
Любительское радио на Международной космической станции (МКС, или ARISS)
Информацию см. по адресу: http://ariss.gsfc.nasa.gov/.
О проектах новых спутников с любительской аппаратурой на борту см. в
Интернете по адресу: http://www.amsat.org.sats/n7hpr/future.html.
Приложение Б
Эксперимент ЦНИИмаш
Космический плазменный эксперимент «Тень» — от 23 января 2003 г.
Космический плазменный эксперимент «Тень» с участием радиолюбителей на Международной космической станции
Мотивы и предпосылки
Специалисты по космической технике связывают перспективы дальнейшего исследования и использования космического пространства с применением электрореактивных двигателей (ЭРД). Они отличаются от привычных двигателей на химическом топливе тем, что испускаемые ими реактивные струи состоят не из горячего газа, а из заряженных частиц, которые имеют в десятки раз большую скорость истечения при подводе электроэнергии от бортового источника. ЭРД развивают очень небольшую силу тяги — не более нескольких десятков граммов. Поэтому они не в состоянии поднять ракету с поверхности Земли. Преимущества ЭРД сказываются тогда, когда они выведены на орбиту в составе какого-нибудь спутника или космического корабля. Вследствие высокой скорости истечения реактивной струи, ЭРД затрачивают во много раз меньше рабочего вещества на совершение какого-либо маневра в космосе, чем химические двигатели. Поэтому за несколько лет существования, например, спутника связи ЭРД «съедят» на несколько сот килограмм меньше топлива, чем их химические предшественники. Соответственно, спутник станет легче, и его можно будет запустить ракетой менее тяжелого класса. В случае геостационарного спутника связи, уменьшение массы даст экономию денежных средств в несколько миллионов долларов.
Дело не только в деньгах
Но дело не только в деньгах. Менее мощная ракета наносит меньше вреда окружающей среде. Поэтому, с точки зрения экологии, использование ЭРД более предпочтительно. Кроме того, сами ЭРД — экологически чистые, т. к. они работают на безвредных рабочих веществах: благородных газах, водороде, аммиаке. В еще большей мере преимущества ЭРД должны проявиться, когда будут налажены значительные грузопотоки в космосе при строительстве крупных космических сооружений, освоении Луны и планет. Поэтому ЭРД отлично вписываются в перспективные проекты межорбитального буксира и парома на Луну, а некоторые беспилотные межпланетные экспедиции вообще немыслимы без ЭРД. Счет экономии денежных средств от использования ЭРД в таких проек
тах будет идти уже на сотни миллионов долларов, а меру снижения экологической нагрузки на окружающую среду даже трудно оценить. Мы с вами являемся свидетелями наступления «золотого века» электрореак-тивной техники. Ради этого во всех промышленно развитых странах усиленно ведется разработка различных типов ЭРД — от маломощных для вспомогательных операций до маршевых двигателей многокиловаттного класса.
Однако, причем здесь радиолюбители?
Однако, причем здесь радиолюбители, вправе спросить нетерпеливый читатель. Прочтите эту страницу до конца, и вы поймете, что в благородном деле внедрения ЭРД радиолюбители и даже склонные к технике школьники могут оказаться очень даже «при чем», если, разумеется, захотят. Внедрение ЭРД ставит перед их разработчиками проблему электромагнитной совместимости ЭРД с другими бортовыми системами. Дело в том, что ионизованные, т. е. плазменные, выхлопные струи ЭРД способны сильно рассеивать радиосигналы, которыми спутник обменивается с Землей или с другими спутниками, т. е. создавать помехи космической радиосвязи вследствие экранирования бортовых радиоантенн плазмой. Этот эффект плазменного экранирования должен быть тщательно исследован прежде, чем ЭРД займут подобающее им место на борту перспективных космических кораблей. Результаты этого исследования помогут конструкторам будущих космических кораблей на электрореактивной тяге свести к минимуму роль возникающей радиотени.
Немного истории
В 1987 году специалисты российского Центрального НИИ машиностроения предприняли попытку оценить размеры и форму плазменного радиоэкрана в космических экспериментах на спутниках серии «Космос», используя бортовой источник плазмы ЭПИКУР. Исследование расширения плазменной струи производилось известным методом радиозондирования. В качестве зондирующих использовались излучаемые с борта спутника сигналы телеметрической и дальномерной линий, а прошедшие сквозь плазму сигналы принимались штатными наземными измерительными пунктами (НИПами). Хотя эти опыты прошли успешно, при послеполетном анализе экспериментаторы убедились в том, что им для корректного сравнения теории и эксперимента крайне необходимо знание точной формы и динамики движения границы плазменной радио-тени на поверхности Земли. Для таких точных измерений следовало бы развернуть достаточно густую специализированную приемную сеть, т. е. создать мозаику приемников. Однако это представляется делом довольно безнадежным, прежде всего в финансовом отношении.
Нужна мозаика приемников!
Возможный выход состоит в том, чтобы для диагностики космического плазменного экрана использовать уже имеющуюся, разбросанную по всему миру сеть любительских УКВ-приемников. Эта мысль легла в основу предложения о проведении нового космического плазменного эксперимента на борту МКС, почти в аналогичной постановке. Разумеется, весь этот проект может быть осуществлен лишь при непременном условии массового, добровольного и безвозмездного участия в нем радиолюбителей. Только при этом условии будут оправданы немалые затраты на доработку орбитальной станции, доставку на орбиту научной аппаратуры и обслуживание. Чем больше участников, тем точнее научные данные, тем выше качество самого космического эксперимента и тем больше оснований его провести. К настоящему времени в основных чертах определены принципы радиозондирования и приема зондирующих посылок бортового радиомаяка, сбора и первичной обработки научной информации методами и средствами радиолюбительской пакетной связи с использованием ресурсов и технологии сети Интернет.
Цель и постановка КЭ «Тень»
Цель КЭ «Тень» состоит в наблюдении эффектов рассеяния радиоизлучения в искусственных плазменных образованиях в космосе путем их радиозондирования в различных геофизических условиях. Схема проведения КЭ представлена на http://www.tsniimash.ru/Shadow/ Shadow.jpg (рис. 1). В заданном регионе с борта орбитальной станции бортовым источником испускается струя плазмы и бортовым радиомаяком, работающим в радиолюбительских УКВ-диапазонах частот, излучаются зондирующие сигналы, представляющие собой метки времени. Зондирующее излучение принимается наземной измерительной УКВ-сетью. Струя плазмы частично экранирует антенну радиомаяка, создавая область радиотени, граница которой перемещается по поверхности Земли соответственно движению спутника. При попадании наземного приемника в область радиотени происходит срыв («отсечка» сигнала), а при выходе из радиотени — возобновление приема. Продолжительность каждого из нескольких сеансов КЭ составляет примерно 6-8 минут.
Задача каждого наземного участника эксперимента состоит в том, чтобы по меткам бортового времени зарегистрировать моменты «отсечки» и возобновления приема сигнала и затем направить эту информацию вместе с сообщением о своем географическом местонахождении на момент приема в Центр сбора и обработки информации (ЦСОНИ). По геофизическим условиям КЭ целесообразно проводить при пролете станции над Европой (включая страны СНГ), Японией, Северной Америкой, Австралией и другими районами, где будет сформирована достаточно
густая радиолюбительская сеть. Для примера результат расчета границ радиотени для Североамериканского измерительного поля представлен на рис. 2 в http://www.tsniimash.ru/Shadow/US_shadow.jpg.
Пакетное радио и Интернет в КЭ «Тень»
Методика КЭ «Тень» ориентирована на возможности радиолюбительской пакетной связи, что позволяет использовать транспортную цифровую среду сети Интернет, как длд измерений, так и для оперативного оповещения участников эксперимента и сбора научной информации. Одно из предложений по http://www.tsniimash.ru/Shadow/batuchtin_r.htm методике генерации меток времени состоит в том, что зондирующий сигнал (бортовой маяк) передается в виде пакета минимальной длительности в формате протокола АХ25 радиолюбительской пакетной связи. Таким образом, предлагаемая методика КЭ предусматривает крупномасштабный мониторинг преднамеренно созданного плазменного возмущения мозаикой наземных УКВ-приемников. Такую же технологию можно применить в космическом эксперименте по зондированию не преднамеренно инжектируемой искусственной плазмы, а природной ионосферной плазмы в КВ-диапазоне частот (14 МГц). Ожидается, что при рассеянии зондирующего излучения в ионосферной плазме на поверхности Земли должно образоваться «освещенное» пятно. Определение границ этого «освещенного» пятна составляет цель КЭ (условное название Пятно), который может быть проведен не обязательно на МКС, а потому заслуживает отдельного обсуждения.
Ожидаемые результаты КЭ «Тень»
Кроме конкретных научных данных, реализация данного космического эксперимента позволит приобрести уникальный опыт привлечения интеллектуального и технического потенциала международного радиолюбительского сообщества, а также технологии и ресурсов Ин-тенета для мониторинга околоземного пространства и оценить возможность использования этого потенциала для перспективных научных проектов. Фактически КЭ «Тень» представляет собой интересную попытку использования сети Интернет по принципиально новому назначению — не только для распространения информации, но и в качестве измерительного инструмента в пространственно крупномасштабных научных исследованиях. КЭ «Тень» также способен принести важный социальный эффект, привлекая внимание широкой общественности к космонавтике и радиолюбительскому делу. При действительно массовом участии радиолюбителей данный проект способен приобрести характер гуманитарной акции, которая объединит интересной и полезной в будущее совместной работой людей различных стран, что всегда способствует установлению духа сотрудничества, взаимопонимания и
дружбы. Представляется также возможным привлечь к участию студенческие и школьные технические коллективы, т. е. придать этому проекту образовательный аспект.
Как это будет, если будет
Как уже отмечалось, КЭ «Тень» может быть осуществлен при условии, что достаточно много радиолюбителей изъявят желание принять в нем участие. После того, как в результате настоящего первичного оповещения в ЦСОНИ поступят заявки на участие и начнется формирование состава приемной УКВ-сети, будут выделены перспективные «мерные» районы с наиболее густой измерительной сетью. КЭ «Тень» предполагается проводить в два этапа:
• «холодные» (без плазмы) тренировочные сеансы и
• полномасштабные «горячие» (с инжекцией плазмы) эксперименты.
Если начальное формирование состава приемной УКВ-сети пойдет достаточно быстро, проведение «холодных» экспериментов технически возможно уже в текущем году на МКС. При успешном выполнении «холодного» тренировочного этапа и достаточном количестве участников, можно будет принять обоснованное решение о проведении серии полномасштабных «горячих» экспериментов на МКС.
Что делать, если вы решили участвовать
Если вы решили участвовать в этом проекте, который обещает интересное международное сотрудничество, следует поступить так:
1. Сообщите о вашем решении по адресу shadow@tsniimash.ru в ЦСОНИ и укажите краткие сведения о себе: позывной, имя, ваши географические координаты (QTH), располагаемое радиолюбительское оборудование и его основные характеристики, ваши предложения о времени проведения сеансов (дневное или ночное, выходные и т. п.). Пожалуйста, не откладывайте это дело, т. к. ваше сообщение может повлиять на принятие решения о проведении КЭ, как одно из доказательств, что приемная радиолюбительская мозаика действительно может быть сформирована и работоспособна.
2. Ознакомьтесь с методикой генерации зондирующего сигнала, измерений, сбора и обработки информации.
3. Следите за оперативным региональным оповещением.
4. Примите участие в проведении сеансов «холодных» и «горячих» экспериментов, следуя согласованной Инструкции для оператора измерительной УКВ-сети; Росавиакосмос намерен наградить каждого участника КЭ «Тень» памятным почетным дипломом.
Персонал
Руководитель программы «Тень» — Валерий Борисов, заместитель директора ЦНИИмаш, ответственный исполнитель — автор проекта Валентин Страшинский, ЦНИИмаш. Бортовые операторы маяка — из состава экипажей Международной космической станции. Операторы наземной измерительной УКВ-сети — ВЫ! ДОБРО ПОЖАЛОВАТЬ В КОМАНДУ ПРОЕКТА «ТЕНЬ»! Давайте сделаем эту работу вместе!
http: / / www. tsniimash. ru/index. htm
Список использованной литературы
1. В. Доброжанский «Ретранслятор: каким он должен быть», статья в журнале «Радио» № 5, 1976 г.
2. С. Жутяев «Любительская УКВ радиостанция», Москва, «Радио и связь», 1981г.
3. В. Горбатый «Любительские УКВ радиостанции на транзисторах», Москва, «Энергия», 1978 г.
4. Ю. Зирюкин «ГИР — волномер — ГВЧ», журнал «Радиолюбитель» № 9, 1993 г.
5. Н. Смирнов «UHF — УКВ», журнал «CQdeU» 1988г., Минск, «Полымя».
6. К. Ротхаммель «Антенны», Москва, «Энергия», 1979 г.
7. 3. Беньковский, Э. Липинский «Любительские антенны коротких и ультракоротких волн», Москва, «Радио и связь», 1983 г.
8. Г. Тяпичев «Компьютер на любительской радиостанции», Санкт-Петербург, BHV-Петербург, 2002 г.
9. Г. Тяпичев «О расчете орбит для спутников RS», статья в журнале «Радиолюбитель. КВ и УКВ» № 7, 1996 г., Минск.
10. Г. Тяпичев «Простой демодулятор», статья в журнале «Радиолюбитель. КВ и УКВ» № 6, 1999 г., Минск.
11. Г. Тяпичев «Пакет через Sound Blaster», статья в журнале «Радиолюбитель. КВ и УКВ» № 8, 1999 г., Минск.
12. Г. Тяпичев «Модем», статья в журнале «Радиолюбитель. КВ и УКВ» № 12, 2000 г., Минск.
13. Г. Тяпичев «Знакомьтесь: режим PACTOR», статья в журнале «Радиолюбитель. КВ и УКВ» № 6, 2001 г., Минск.
14. Г. Тяпичев «Универсальный любительский модем», статья в журнале «Радиомир. КВ и УКВ» № 11, 2001 г., Минск.
15. Г. Тяпичев «RTTY-BBS — электронная доска объявлений», статья в журнале «Радиомир КВ и УКВ» № 2, 2002 г., Минск.
16. Г. Тяпичев «ИСЗ и радиолюбители», статья в журнале «Радиомир. КВ и УКВ» № 10, 2002 г., Минск.
17. Г. Тяпичев «Радиолюбительские ИСЗ», статья в журнале «Радиомир. КВ и УКВ» № 1, 2003 г., Минск.
18. Г. Тяпичев «Расчет элементов орбит ИСЗ», статья в журнале «Радиомир. КВ и УКВ» № 2, 2003 г., Минск.
19. К. Харченко «УКВ антенны», Москва, издательство ДОСААФ, 1969 г.
20. А. Колесников «Справочник ультракоротковолновика», Москва, издательство ДОСААФ, 1966 г.
ФИРМА «ТехБук»
Издательство Книжная торговля
Предоставляем широкий ассортимент литературы по персональным компьютерам и программированию, электронике и телекоммуникациям
Ортовая и мелкооптовая торговля
Только книги, пользующиеся спросом Рекомендации по подбору ассортимента для конкретного клиента
Издательские цены
Гибкая система скидок, различные формы оплаты
Мы являемся дилерами «BHV — Санкт-Петербург» в Москве по мелкому опту
Приглашаем к сотрудничеству авторов и рекламодателей
Наш адрес
г. Москва (м. Шаболовская), ул. Донская, 32. Тел. 955-90-13. E-mail: dess@aha.ru World Wide Web: http://www.dess.ru/
ДЛЯ ЗАМЕТОК
ДЛЯ ЗАМЕТОК
Г.А. Тяпичев
“Спутники и цифровая связь”
Для кого и для чего эта книга ?
- Если вы опытный радиолюбитель, кое - что уже умеете и хотите большего, то эта книга для вас. Прочитав эту книгу и следуя советам автора, вы научитесь высшему пилотажу в радиолюбительстве - изготовлению и настройке УКВ - аппаратуры и проведению сеансов связи через спутник.
- Если вы не радиолюбитель и никогда не вслушивались в сигналы эфира, но всегда готовы к новому, то эта книга тоже для вас. Автор откроет перед вами романтику радиолюбителей, обретающих с помощью своей радиостанции друзей в самых удаленных уголках Земли, и, возможно, вы захотите стать одним из них.
Автор книги, Тяпичев Геннадий Алексеевич, - радиолюбитель с многолетним опытом работы в УКВ и спутниковой радиосвязи.Он принимал деятельное участие в отслеживании Первого спутника земли и воспитал не одно поколение радиолюбителей на базе радиолюбительских клубов. Имеет собственные разработки компьютерных программ, в том числе и зарегистрированных в соответствующем порядке, для расчета времени появления ИСЗ в зоне радиовидимости и проведения сеансов связи.
На счету Г.А. Тяпичева не одно изобретение в области схемотехники связи, часть их описана в данной книге.
Автор приглашает на свою домашнюю страницу в Интернете по адресу: http://ra3xb.narod.ru/ ISBN 5-9605-0003-5
и готов ответить на вопросы возникшие при чтении книги.