Die Empfangsanlage für APT Aussendungen der Wettersatelliten

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

 

Wettersatellitenempfänger mit Antennendiversity R2FU von DF2FQ

http://www.df2fq.de/produkte/r2fx.html

Der R2FU ist ein FM-Empfänger, der speziell für den Empfang der umlaufenden Wettersatelliten im 2m-Band entwickelt wurde. Er besitzt sechs Kanäle, die über einen Taster auf der Frontplatte abgerufen werden können.
Im Unterschied zur Vorgängerversion, dem R2FX hat der R2FU eine USB Schnittstelle,  über die eine Steuerung des Gerätes möglich ist. Die Kanäle sind mit den derzeit benutzten Satellitenfrequenzen vorbelegt, können aber beliebig umprogrammiert werden. Alle gängigen Dekodierprogramme für die Satellitenbilder unterstützen den R2FU.

Das Gerät besitzt eine sehr hohe Eingangsempfindlichkeit, so dass man auch bei einfachen Antennen ohne zusätzlichen Vorverstärker auskommt. Auch hier gibt es durch Verwendung von modernen GaAs-FETs im Eingangsteil eine Verbesserung zum Vorgängermodell.
Ein verbessertes Eingangsfilter und gruppenlaufzeitoptimierte Quarzfilter in der ZF sorgen nun beim R2FU dafür, dass die Immunität gegen Störungen stark verbessert ist. Daher gibt es auch den deutlich teureren R2FZ nicht mehr, der bisher für die Verwendung bei schwierigen Empfagsbedingungen vorgesehen war.
Die hohe Linearität des Demodulators zusammen mit einem exzellenten Frequenzgang sorgt für eine ausgezeichneten Bildqualität.
Eine Besonderheit, die bisher in Empfängern dieser Preisklasse nicht zu finden war, ist die Antennen-Diversity Einrichtung. Mit deren Hilfe werden die Rauscheinbrüche im Signal beim Überflug des Satelliten nahezu völlig eliminiert. Ein störungsfreies Bild über den gesamten Durchgang ist das Ergebnis.
Der Empfänger besitzt eine AFC-Schaltung (Automatic Frequency Correction), die den Dopplereffekt der Empfangsfrequenz bei Auf- und Untergang des Satelliten kompensiert. Das Gerät kann über 5 der 6 Kanäle scannen. Sobald ein Signal empfangen wird, bleibt es auf der entsprechenden Frequenz sehen. Der sechste Kanal war für Meteosat-Konverter gedacht. Meteosat sendet allerdings nicht mehr in einem frei empfagbaren Format, so dass der Kanal nun für andere Zwecke zur Verfügung steht (z.B. für die Orbcomm Satelliten deren Empfang allerdings in DL verboten ist).
Eine LED-Zeile zeigt die Stärke des Empfangssignals im logarithmischen Masstab an. Der Dynamikbereich beträgt 40dB.
Die Stromversorgung erfolgt über den USB Anschluss. Ein separates Netzteil ist nicht nötig.
Eine abschaltbare Fernspeisung ermöglicht die Versorgung eines Vorverstärkers über das Antennenkabel, falls die Antenne sehr weit vom Empfänger abgesetzt ist. Geeignete Vorverstärker sind auf Anfrage erhältlich. Ein HF-dichtes Alugehäuse hält lokale Störungen (z.B. des PCs) vom Empfangsteil fern.

Technische Daten

Frequenzbereich: 134 … 139 MHz
Speicherkanäle: 6 davon 5 scannbar
Empfindlichkeit: 0,18µV bei 20dB S/S+N (SINAD)
AFC-Ziehbereich: ±9kHz
Stromversorgung: über USB, ca. 50mA
Abmessung: 113x85x31mm

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

Vorverstärker für NOAA & METEOR LNA – 137 MHz

http://www.hf-berg.de/HFC/vorverstaerker_weissblech.htm

Der Vorverstärker LNA-137 MHz verbessert den Empfang von polar umlaufenden Wettersatelliten im 137 MHz Bereich.
Durch den Einsatz eines GaAs-Fets in der Eingangsstufe wird ein sehr niedriges Rauschmaß bei einer praxisgerechten Verstärkung von ca. 20 dB erreicht. Ein Bandpass-Filter am Eingang des Verstärkers verhindert zuverlässig Störungen durch starke Sender, die sich außerhalb des Arbeitsbereiches befinden.

Die Speisespannung darf zwischen 12 – 15 Volt betragen. Die Leistungsaufnahme beträgt ca. 30 mA. Die nötige Spannungsversorgung kann sowohl direkt über ein Kabel mit Cinch-Anschluß als auch mittels einer Fernspeiseweiche vorgenommen werden.
Das Gerät verfügt über eine Verpolungsschutzschaltung. Der LNA-137 MHz ist in einem stabilen Weißblech-Gehäuse (74 x 56 x 30 mm) untergebracht.

Technische Daten:

Frequenzbereich: 136 … 138 MHz
typ. Verstärkung: 20 dB
Rauschzahl: 0,9 dB
Betriebsspannung: 13,8 V
Stromaufnahme: 30 mA