Die Empfangsanlage für APT Aussendungen der Wettersatelliten

detaillierte Beschreibungen

Übersicht / Grundlagen der NOAA-Serie (NOAA Instrumente)
APT- und HRPT Aussendung der NOAA Satelliten
NOAA APT Bildverarbeitung

Theorie

137 MHz Empfangsanlage

Für die APT Aussendung der NOAA-Satelliten werden die Daten des AVHRR - ADVANCED VERY HIGH RESOLUTION RADIOMETER benutzt. Das Instrument hat einen unmittelbaren Sichtbarkeitsbereich (field-of-view) von 1.3 milliradians. Bei digitaler Datenübertragung (HRPT, 2048 Punkte/Linie) beträgt somit die Auflösung im Subsatellitenpunkt jeweils 1,1 km. Für den Direktempfang mit APT-Stationen werden 2 Kanäle (tagsüber 2/Vis und 4/IR, nachts 3/IR und 4/IR) bei reduzierter Auflösung (4 km) bei einer Abtastrate von 120 Zeilen/Minute und gleichzeitiger Entzerrung an den Rändern analog übertragen (ATP, 1024 Punkte/Linie).
Ein ständig rotierender elliptischer Spiegel scannt die Erde in einem Winkelbereich von +/- 55.4° (vom SSP). Der Spiegel scannt mit 6 Umdrehung pro Sekunde um so eine kontinuirliche Abdeckung zu erhalten.

Die IR-Kanäle (3-5) sind thermisch kalibriert, so dass ihre Daten in Temperaturen umgerechnet werden können. Aus den Daten der VIS-Kanäle (1-2) kann das Verhältnis zwischen dem von der Erde reflektierten und dem dort einfallenden Licht (Albedo) herausgerechnet werden.

Mit der im folgenden Ausrüstung sind die Durchgänge von Nordafrika bis Island rauschfrei lesbar. Die Signale werden vom NF-Ausgang des RX über eine Soundkarte mit dem Programm WXSAT ausgewertet. Gute Erfahrungen habe ich früher auch mit dem Harifax-Modem 3 und JVFAX 7.1 gemacht.


137 MHz gestockter Kreuzdipol

137 MHz gestockter Kreuzdipol

Da die Satellitensignale aus allen Richtungen kommen können, ist eine Antenne mit möglichst guter Rundumcharakteristik günstig. Dabei meiunt "rundum" nicht nur die Horizontale, wie im 2m-Band, sondern die gesamte Himmelshalbkugel. Deswegen sind übliche 2m-Rundstrahler, möglichst noch solche mit Gewinn, denkbar schlecht für den Satellitenempfang geeignet. Diese Antennen haben in ihrer Richtcharakteristik eine Nullstelle längs des Strahlers, also nach oben.

Die polarumlaufenden Satelliten senden rechtsdrehend-zirkular polarisiert. Das erfordert auch bei der Empfangsantenne eine solche Polarisation. Antennen, wie zum Beispiel eine QFH, eine Kreuzdipol o.ä. stellen hier gewissermaßen auch nur einen Kompromiss dar. Man findet mit diesen Antennen niemals das optimale Strahlungsdiagram in allen Richtungen und gutem Gewinn. Weit entfernte Satelliten über dem Mittelmeer und Spanien fallen relativ flach ein und werden dagegen überwiegend linear-polarisiert empfangen. Kommt der Satellit näher, steigt der Erhebungswinkel - die Polarisation wird zunehmend zirkular. Bei "Überkopfdurchgängen" werden durch den Reflektor störenden Bodenreflexionen gemildert.

Im Idealfall müsste man dann also RHCP Antennen mit hohem Gewinn (also Yagis oder Helix-Antennen) verwenden - aber aufgrund des Strahlungsdiagramms ist eine Nachführung notwendig.

Ich verwende selber einen Kreuzdipol, aber auch hier gibt es natürlich geringe Rauscheinbrüche. Das liegt am nicht optimalen Strahlungsdiagram, bedingt natürlich durch Abschattungen (Bäume, Häuser) in bestimmten Richtungen, keine exakte 90° Phasenverschiebung durch alterndes Koaxialkabel (240 Ohm sind heute sehr schwer zu bekommen -> 300 Ohm Wiremann ist einfacher zu beschaffen, Verkürzungsfaktoren usw...), Verluste im Dielektrikum durch Sonneneinstrahlung usw. Es gibt also viele Faktoren, die hier einen Einfluß haben. Nicht zuletzt Anomalien in der Ionosphäre (F- und E) oder die Faraday-Rotation haben einen nicht zu vernachlässigen Einfluß auf die Ausbreitungseffekte.

Der Empfänger mit seiner eingebauten PLL ist der zweite Faktor. Man kann das ganze natürlich theoretisch berechnen. Nehmen wir mal folgende Eckwerte an:

a) NOAA Sendeleistung = 37 dbm
b) Entfernung bei 0° elevation = 3400km
c) im TCA 90° = 870 km

Dann ist die Freiraumdämfung für b) L=146 db und für b) L=134 dB.

Für das Linkbudget geht die Rauschleistung ein, die ist bandbreitenabhängig. Nehmen wir mal 38 KHz (ZF) an, kommen wir auf -128 dbm. Hat der RX eine Rauschzahl von z.b. 5 db ergeben sich für die Elevationen:

b) 37-146+128-5 = 14 db SNR am RX
c) 37-134+128-5 = 26 db SNR am RX

Man muss jetzt noch die Kabeldämfung mit einrechnen, die Polarisationsverluste (wie oben beschrieben, Ausbreitungseffekte), Gewinnverluste durch das Antennendiagramm usw.


Technische Daten

Polarisation: rechtsdrehend zirkular
Frequenzbereich: 137...152 MHz
Gewinn: bei großer Elevation 0 dBc, bei niedriger Elevation 4 dBc
(dadurch Ausgleich der größeren Entfernung zum Satelliten bei niedriger Elevation)
Impedanz: 50 Ohm
SWR: < 2:1 im Bereich 137...152 MHz
Anschluß: N-Stecker
Gesamthöhe: 1300mm
Durchmesser: 1065 mm
Gewicht: 2 Kg


Vorverstärker für 137 MHz

imgDer von G. Borchert, DF5FC beschriebene Verstärker für 137 MHz wurde zweimal aufgebaut und bringt eine Gesamtverstärkung von ca. 40dB (für Schaltplan bitte klicken).

Ein Blick auf die Schaltung zeigt den einfachen Aufbau des Verstärkers. Auf die Verwendung extern rauscharmer (und teurer) GaAs-FETs wurde verzichtet, weil deren Nutzen im Frequenzbereich um 137 MHz wegen des stärkeren Hintergrundrauschens nicht zum tragen kommt. Vor dem MOSFET befindet sich ein einkreisiges Bandfilter, dahinter ein Bandfilter, das den nachfolgenden Empfänger von unerwünschten Signalen entlastet, sowie ein 6-db-Dämpfungsglied. Es entkoppelt das Bandfilter vom Koaxkabel. Die Kabellänge Ist daher unkritisch, jedoch sollte man die Impedanz von 50 Ohm einhalten. Ein Spannungsregler 78L10 sorgt für stabile Speisespannung.

Er ist auch als Bausatz AS44 beim AATiS lieferbar:
http://www.bausatz.aatis.de/AS044_Vorverstarker/as044_vorverstarker.html


UHF Empfänger für 137 MHz

UHF Empfänger für 137 MHz

Der Empfänger ist speziell für den Empfang der umlaufenden Wettersatelliten im 137 MHz Bereich entwickelt wurde. Das Gerät besitzt eine sehr hohe Eingangsempfindlichkeit, so dass man auch mit einfachen Antennen ohne zusätzlichen Vorverstärker auskommt. Die hohe Linearität des Demodulators zusammen mit einem exzellenten Frequenzgang sorgt für eine ausgezeichneten Bildqualität. Der Empfänger besitzt eine AFC-Schaltung (Automatic Frequency Correction), die den Dopplereffekt der Empfangsfrequenz bei Auf- und Untergang des Satelliten kompensiert.

Dieser UHF-FM Empfänger war bis vor einigen Jahren noch unter der Bezeichnung R2F als Bausatz bei Siegfried Hari,
DK9FN http://www.hari-ham.com/ zu beziehen.

Das Nachfolgemodell ist unter der Bezeichnung R2FX direkt bei Holger, DF2FQ zu beziehen. Es besitzt zudem viele neue praktische Eigenschaften (Antennendiversity, Kanalsuchlauf usw.). Seine Homepage ist unter http://www.df2fq.de/produkte/r2fx.html zu finden.


Technische Daten

Frequenzbereich: 136.000 - 146.000 MHz
Fangbereich der AFC: ±4 kHz
Empfindlichkeit: 0,4 mV (bei 20 dB S/S+N)
Empfängerrauschzahl: 2 dB
ZF-Bandbreite: 30 kHz


HARIFAX-Modem

Harifax Modem
Technische Daten

Betriebsspannung 13...16 Volt
Stromaufnahme ca. 70 mA
Eingangsspannung 0,1...1,5Vss
Ausgangsspannung einstellbar, sinusförmig 0V...0,5Vss
Auflösung des A/D-Wandlers 8 Bit, entspr. 256 Graustufen
FM-Demodulation PLL mit Vorverstärker und vorgeschaltetem Bandpaß
AM-Demodulation Präzisions-Vollweg-Gleichrichter nach Tietze-Schenk mit vorgeschaltetem Bandpaß
Datenübergabe zum PC RS232-Schnittstelle, 1 Start-, 8 Daten- und 1 Stopbit, 57600 bzw. 115200 Baud

Betriebsarten

- AM-Demodulation eines 2,4 kHz-Trägers (Wettersatelliten)
- FM-Demodulation 400Hz Hub (SSTV/Amateurfunk-FAX)
- FM-Demodulation 150Hz....800Hz Hub (Wetterfax, Wetterkarten)
- FM-Modulation (Aussendung) von FAX/SSTV mit 400Hz Hub


Unterstützte Programme

- JvComm32 (Win 98, Win NT) für SSTV, FAX, Wettersatelliten
- Mscan v3.13 (Win 95/98) für SSTV
- Mscan Meteo Fax/Text (Win 98) für Wetterfax, RTTY und NAVTEX
- Mscan 2.30 (DOS) für SSTV und FAX
- Mscan 1.3 (DOS) für Wetterfax
- JvFax 7.0/7.1 (DOS) für SSTV, FAX, Wettersatelliten
- empfangsseitig alle Programme, die mit einem Komparator-Modem arbeiten, z.B. HamComm, GSHPC, EZSSTV

Das HariFax-Modem ist nun bereits in der Version 4 verfügbar. Updates und Infos's dazu findet man bei Bernhard Thiem unter http://private.addcom.de/a-ethiem/hf4.htm


Weitere Informationsquellen

Link zur JVFax-Homepage     http://www.JVComm.de/
Link zur WXSAT-Homepage   http://ourworld.compuserve.com/homepages/HFFAX/toc20.htm
Link zur HF-Fax-Homepage  http://www.hffax.de/
Hier findet man auch Infos zu JVFAX und überhaupt alles, was mit Wetter und FAX zu tun hat.