Comunicazione radio utilizzando la riflessione della luna. Relazione con la riflessione della superficie lunare (EME) e la riflessione della scia meteorica (MS)

La Luna è il corpo celeste più vicino alla Terra. Il suo raggio è di 1737 km, la sua massa è 81,3 volte inferiore alla massa della Terra e la sua densità media è di 3,35 g/cubi. cm, cioè una volta e mezza inferiore alla densità della Terra. La durata di un giorno lunare è di 29,5 giorni terrestri. La distanza media lungo il percorso Terra-Luna-Terra è di 750 mila km, l'attenuazione del segnale lungo questo percorso per le onde radio nella portata del metro è di circa 200 dB, ovvero Il segnale viene attenuato dieci volte, alla decima potenza, e va avanti e indietro per 2,5 secondi.

L’idea di utilizzare la Luna, il satellite della Terra, come ripetitore passivo è nata molto tempo fa. I primi riflessi delle onde radio dalla superficie della Luna furono ottenuti nel 1946 da scienziati ungheresi e statunitensi che lavoravano in questa direzione indipendentemente l'uno dall'altro. Durante gli esperimenti sono stati utilizzati trasmettitori con una potenza di 200 kW, operanti ad una lunghezza d'onda di circa 2 metri e antenne con un guadagno di 400.

L'antenna "lunare" di Alexander, RN6BN. 64 antenne da 32 elementi.

Molto lavoro in questa direzione fu svolto nel 1954-57 alla Gorky University. Per gli esperimenti sono state utilizzate onde di 10 e 3 cm; il coefficiente di direttività dell'antenna su un'onda di 3 cm ha raggiunto 120mila, vale a dire l'energia era concentrata in un angolo di 0,5 gradi. Come risultato di questi esperimenti, è stato misurato il coefficiente di riflessione delle onde radio provenienti dalla Luna, che era di circa 0,25 - e si è scoperto che la riflessione avviene dalla parte centrale del disco visibile della Luna. Gli esperimenti con il radar sulla Luna hanno fornito una base concreta per l’implementazione dell’idea di utilizzare la Luna come ripetitore passivo.

Anche i radioamatori si interessarono a questa idea. E nel luglio 1960, la prima comunicazione radioamatoriale fu effettuata nella banda 1296 MHz tra le stazioni radioamatoriali del club americano W6HB e W1BU. Nel 1964 fu effettuata la prima comunicazione radio nella banda 144 MHz tra radioamatori OH1NL e W6DNG.

Nell'Unione Sovietica, la prima comunicazione radioamatoriale sulla Luna fu effettuata l'11 maggio 1979 dagli operatori della stazione radio collettiva UK2BAS, nella banda 432 MHz. Il loro partner era K2UYH. Successivamente, il 19 gennaio 1981, il radioamatore UT5DL effettuò la prima comunicazione radio nella banda 144 MHz. Il suo partner era K1WHS del Maine, che all'epoca aveva l'antenna più grande (24 boom di 14 elementi).

Il 20 aprile dello stesso 1981, l'autore di questo articolo (ex UB5JIN) effettuò la sua prima comunicazione radio. E poi andò avanti all'infinito: il 6 dicembre 1981, la prima comunicazione radio intra-Unione (UB5JIN e UA3TCF), l'11 gennaio 1982 - la prima comunicazione radio dal territorio dell'URSS in SSB - (UB5JIN e K1WHS), Il 15 agosto 1982 la prima comunicazione con il Giappone (UB5JIN e JA6DR), il 10 ottobre con il Venezuela (UB5JIN e YV5ZZ) e così via...

Oggi, migliaia di radioamatori provenienti da tutti i continenti del globo conducono comunicazioni amatoriali attraverso la Luna nelle gamme di 144, 432, 1296, 5600 MHz. Ogni gamma ha le sue caratteristiche, vantaggi e svantaggi.

La ricezione sulla terra dei segnali riflessi dalla Luna incontra grandi difficoltà fondamentali:

La Luna si muove rispetto alla Terra ad alta velocità angolare, quindi il segnale riflesso è soggetto all'effetto “Doppler”, cioè un'onda riflessa da un corpo in movimento ha una frequenza di oscillazione diversa dalla frequenza dell'onda inviata. Questa differenza per la gamma 144 MHz raggiunge i 427 Hz.

Anche l'effetto Faraday ha una grande influenza sul segnale ricevuto, ad es. rotazione del vettore di polarizzazione del segnale trasmesso, che si esprime in un profondo sbiadimento del segnale. Per eliminare questo effetto sono necessarie antenne polarizzate circolarmente, difficili da implementare nella gamma dei 144 MHz per motivi di progettazione.

Il rumore cosmico ha una forte influenza sulla ricezione dei segnali della portata del misuratore, ad esempio: la temperatura minima del rumore della sfera celeste alla frequenza di 136 MHz nel febbraio 1982 era di 210 gradi Kelvin o 2,35 db nei punti minimi e di 2750 gradi o 10,2 db al massimo dei punti.

Molti problemi sono anche associati alla trasparenza della troposfera e della ionosfera terrestre, alle interferenze atmosferiche e elettriche locali.

L'attenuazione approssimativa sul percorso Terra-Luna-Terra per diversi intervalli può essere espressa nella tabella:

Per superare tale attenuazione, un radioamatore che vuole impegnarsi nelle comunicazioni radio E-M-E deve realizzare apparecchiature e antenne molto serie.

Antenna EME W5UN. 32 antenne da 32 elementi.

Per ricevere un'eco del vostro segnale con un livello di 1 db sopra il rumore nella gamma dei 144 MHz, le antenne (trasmittente e ricevente) devono avere un totale di circa 43 db, cioè una buona antenna per E-M-E dovrebbe avere un guadagno di almeno 21,5 db. Sebbene le comunicazioni radio siano possibili utilizzando antenne con guadagno inferiore, per la comunicazione radio con un radioamatore K1WHS (antenna 24 x14 e KU pari a 27 db) è sufficiente avere un'antenna con un guadagno di 15-16 db!

Per un lavoro E-M-E di successo, devi conoscere chiaramente la posizione della Luna, l'ora del suo sorgere e tramontare per te e i tuoi partner. I programmi per computer ti aiuteranno in questo, ad esempio: WSJT e Orbitron

Un radioamatore deve conoscere i periodi di perigeo e apogeo della Luna e la “finestra” su Europa, Giappone, Sud e Nord America. È necessario conoscere i giorni in cui la traiettoria della Luna è vicina alla traiettoria del Sole, perché La comunicazione radio con una differenza inferiore a 30 gradi è impossibile a causa delle grandi emissioni di rumore del sole.

Durante il lavoro lunare si osserva anche un interessante fenomeno chiamato “effetto suolo”, cioè Al sorgere e al tramonto della luna si verifica un notevole aumento del livello dei segnali riflessi di 1-3 db.

Un'attività molto interessante quando si lavora attraverso la Luna è condurre test di eco. È meglio farlo al di fuori della regione E-M-E (144.000-144.015 MHz). Viene trasmessa una serie di punti o trattini, le combinazioni “BK”, “SK” vengono percepite meglio, dopo circa 2,5 secondi viene ricevuto un segnale eco. Sarà lateralmente in frequenza (effetto Doppler) non superiore a 427 Hz. L'eco non si sente sempre e non sempre, dipende dalle condizioni. Se in un dato momento non si sente l'eco nel vostro QTH, ciò non significa che il segnale non venga riflesso e non ricevuto, ad esempio, in Africa o in America. E viceversa: puoi sentire bene il tuo partner, la tua eco, ma il tuo partner in questo momento non ti sente. Gli esperimenti hanno dimostrato che un'eco con un livello di 1-2 db sopra il rumore, ricevuto di tanto in tanto, sarà abbastanza accettabile per il lavoro E-M-E.

Come affermato in precedenza, i sistemi di antenne per la ricezione dei segnali E-M-E sono uno dei fattori principali. Il sistema di antenna deve avere una rotazione orizzontale, nonché un'elevazione verticale con una precisione di azimut ed elevazione non inferiore a 5-7 gradi. Il guadagno del sistema d'antenna deve essere almeno di 18-19 db.

E infine, riguardo agli amplificatori d'antenna, vorrei attirare l'attenzione dei radioamatori sull'attenta e meticolosa regolazione del preamplificatore. Non è sufficiente installare un buon transistor: è necessario implementarne i parametri tecnici.

Come parte del suo progetto software WSJT, Joe Taylor, K1JT, ha sviluppato il JT65 per le operazioni EME come estensione di WSJT. La maggior parte dei radioamatori (se non tutti) ora conducono EME - QSO utilizzando questo programma e hanno molto successo. Per ulteriori informazioni, visitare il sito Web K1JT http://www.physics.princeton.edu/pulsar/K1JT/wsjt.html. Questa modalità di comunicazione digitale sembra fornire un guadagno nel rapporto segnale-rumore di circa 10 dB in CW e renderà molto più semplice per una stazione a bassa energia effettuare più QSO EME di quanto sarebbe possibile utilizzando CW (tranne che in condizioni migliori). .

EME - Antenna KB8RQ.

Alcuni estratti sono tratti dall'articolo di Vasily Beketov, UU2JJ (ex UB5JIN) - Comunicazione lunare su 144 MHz.

Avendo lavorato molto con le meteore, ho deciso di provare a stabilire almeno una connessione EME. Avevo già molta esperienza di lavoro con il programma WSJT e l'attrezzatura, per così dire, teoricamente gli permetteva di funzionare con BIG GUN (radioamatori ad alta energia e un intero sistema di antenne direzionali).

A quel tempo avevo un ICOM IC-910H con una potenza di uscita di 100 watt sulla banda dei 144 MHz, un preamplificatore ICOM AG-25, 4 antenne da 10 elementi ciascuna (A144S10 della Diamond, Giappone) e uno Yaesu G-800 Giradischi DXA.

Ho deciso di stabilire il mio primo contatto con Alexander, RN6BN - poiché è più forte (sia in CW che in SSB) e di livello più forte (secondo il programma WSJT), non ho mai ricevuto nessun altro!

Ho iniziato a chiamarlo appositamente in modalità JT65 senza previo accordo (comunicazione casuale) e mi ha risposto senza problemi. Il mio primo EME - QSO ha avuto luogo!!!

Questo mi ha ispirato molto e ora ho iniziato ad aspettare con ansia il sorgere e il tramontare della luna. Poiché avevo un'antenna senza possibilità di elevazione, mi è stata concessa circa 1 ora per provare a stabilire la connessione quando la Luna era bassa sull'orizzonte.

Inoltre, l '"effetto suolo" ha aiutato molto, quando al segnale principale venivano aggiunti ulteriori 1-2 dB come risultato del segnale riflesso dalla Terra.

La seconda connessione si è svolta senza problemi con W5UN, la terza con KB8RQ, e così poco a poco è andata...

In 1 anno ho effettuato più di 50 comunicazioni EME (ovviamente con “grandi stazioni”). Per continuare a lavorare attraverso la Luna, dovevi migliorare di conseguenza il tuo SETUP. Ma come sempre accade nella vita: la mancanza di finanze, lo spazio limitato per l'installazione delle antenne, l'interferenza con i vicini dovuta all'elevata potenza dell'amplificatore, alla fine hanno raffreddato il mio ardore. Ma ho sperimentato appieno quella gioia immensa e la sensazione che si possa ancora fare qualcosa su questa terra di peccato...

73!

La luna è un satellite della terra; la vediamo spesso nel cielo. A volte anche la luna illumina la nostra strada di notte. Ma oggi non parleremo di caratteristiche astronomiche. Parliamo di come condurre le comunicazioni radio attraverso la Luna. Comunicazione lunare o EME QSO nel gergo radioamatoriale.

Le prime comunicazioni lunari furono effettuate dagli scienziati negli anni '40 del secolo scorso e i radioamatori iniziarono a effettuare comunicazioni negli anni '60. Per la comunicazione vengono utilizzate principalmente le bande radioamatoriali VHF e la gamma più popolare di 144 megahertz diventa il punto di partenza per molti.

Ora siamo nel 21° secolo e le capacità tecniche consentono di effettuare comunicazioni lunari utilizzando apparecchiature abbastanza modeste. Quindi RA9DA ha deciso di condurre tali esperimenti, per essere sicuri, ma anche per sentire, per così dire, la differenza tra le antenne e altre apparecchiature di comunicazione riceventi e trasmittenti.

Solo 50 watt all'uscita del ricetrasmettitore Icom. Due antenne da 9 elementi in polarizzazione orizzontale. Ascoltando e ricevendo segnali, li avevo già ricevuti, ma qui ho deciso di lavorare sulla trasmissione. Ho scelto una delle potenti stazioni radio UA3PTW e chiamiamola per una chiamata generale.

Non ha detto che il tipo di modulazione è digitale JT-65b utilizzando il programma WSJT, che può essere scaricato dal sito dell'autore K1JT.
I guai sono iniziati, ha riferito sul portale VHF russo di aver iniziato a provare a stabilire la prima connessione lunare, e anche con una configurazione così debole. Nessuno ha riso di me, ma mi hanno aiutato con consigli su con chi provare. E con Dmitry UA3PTW ne abbiamo discusso e ci siamo resi conto che mancavano solo 2-3 decibel. E quel giorno il degrado fu grande, tanto che la volta successiva, quando il degrado sarà minore o minimo, la connessione sarà possibile.

Mi siedo e ruoto le antenne in azimut e anche in elevazione o elevazione. Il programma contiene questi dati: dove puntare l'antenna e sto aspettando KB8RQ, una delle stazioni radio più potenti del Nord America.
Vedo, chiamo e piano, con calma, come se non fosse il primo qso lunare, la comunicazione radio passa attraverso la Luna. Ha avuto luogo il mio primo eme: la connessione. Ho scoperto un nuovo tipo di comunicazione: la comunicazione attraverso la Luna.
Rendendosi conto che questo non è affatto merito mio, ma del lato in cui per la ricezione viene utilizzato un grande sistema di antenne di 24 antenne.

I miei primi collegamenti

Pochi giorni dopo, quando il degrado era minimo, ho effettuato una connessione lunare con UA3PTW. Il risultato, anche se piccolo, è un risultato e un percorso per ulteriore sviluppo, miglioramento del sistema di antenna e consapevolezza che dopotutto 50 watt non sono sufficienti e si può iniziare a costruire un potente amplificatore di potenza.

Il successivo corrispondente sulla Luna fu l'italiano I2FAK. Ha 16 antenne per questa portata, e mi ha ricevuto facilmente, e abbiamo condotto un altro terzo eme-qso per me.

Probabilmente molti di noi hanno sentito parlare di “sonnambuli” che sono in grado di vagare nel sonno, evitando gli ostacoli, senza causare a se stessi conseguenze traumatiche. Ma in questo articolo parleremo di una categoria completamente diversa di "pazzi", ovvero di un gruppo di appassionati che, senza risparmiare sforzi e risorse, conducono interessanti esperimenti nel campo delle comunicazioni radio con l'aiuto del nostro satellite naturale, la Luna, studiando ed esplorando tutti gli aspetti di questo processo.EME (dall'inglese "Terra - Luna - Terra" - "Terra - Luna - Terra") - una tecnica di comunicazione radio VHF che utilizza la Luna come riflettore. L'idea di utilizzare la Luna, il satellite della Terra, come relè passivo è nata molto tempo fa. I primi riflessi delle onde radio dalla superficie della Luna furono ottenuti nel 1946 da scienziati ungheresi e statunitensi che lavoravano in questa direzione indipendentemente l'uno dall'altro. Durante gli esperimenti furono utilizzati trasmettitori con una potenza di 200 kW, operanti ad una lunghezza d'onda di circa 2 metri e antenne con un guadagno di 400. Molto lavoro in questa direzione fu svolto nel 1954-57 presso l'Università di Gorky. Per gli esperimenti sono state utilizzate onde di 10 e 3 cm; il coefficiente di direttività dell'antenna su un'onda di 3 cm ha raggiunto 120mila, vale a dire l'energia era concentrata in un angolo di 0,5 gradi. Come risultato di questi esperimenti, è stato misurato il coefficiente di riflessione delle onde radio provenienti dalla Luna, che era di circa 0,25 - e si è scoperto che la riflessione avviene dalla parte centrale del visibile disco della Luna. Gli esperimenti con il radar sulla Luna hanno fornito una base concreta all’idea di utilizzare la Luna come ripetitore passivo, un’idea che ha interessato anche i radioamatori. E nel luglio 1960, la prima comunicazione radioamatoriale fu effettuata nella banda 1296 MHz tra le stazioni radioamatoriali del club americano W6HB e W1BU. Nel 1964 fu effettuata la prima comunicazione radio tra i radioamatori OH1NL e W6DNG nella banda 144 MHz. Nell'Unione Sovietica, la prima comunicazione radio amatoriale sulla Luna fu effettuata l'11 maggio 1979 dagli operatori della stazione radio collettiva UK2BAS, nella banda dei 432 MHz. Il loro partner era K2UYH. Successivamente, il 19 gennaio 1981, il radioamatore UT5DL effettuò la prima comunicazione radio nella banda 144 MHz. Il suo partner era K1WHS del Maine, che all'epoca aveva l'antenna più grande (24 frecce di 14 elementi). Oggi migliaia di radioamatori da tutti i continenti del globo conducono comunicazioni amatoriali attraverso la Luna nelle bande 144, 432, 1296, 5600 MHz. Ogni gamma ha le sue caratteristiche, vantaggi e svantaggi. Per EME vengono utilizzati dispositivi di antenna piuttosto complessi: antenne paraboliche o antenne a canale d'onda con un gran numero di elementi. L'essenza dell'EME - aspetti tecnici di base Se due stazioni sono attrezzate e possono vedere la Luna contemporaneamente, possono condurre comunicazioni radio EME. Tuttavia, potrebbero essere necessari diversi tentativi per raggiungere il successo. I segnali sono echi molto deboli riflessi dalla superficie della Luna. Di norma si trovano al livello del rumore o addirittura al di sotto, occasionalmente superano il livello del rumore per brevi periodi. Diamo un'occhiata ad alcuni dei fattori tecnici che influenzano le comunicazioni radio EME, in particolare per la banda dei 2 metri. La polarizzazione dei segnali EME cambia costantemente, il che porta alla perdita completa del segnale o allo sbiadimento molto profondo. Esistono due effetti principali di polarizzazione: la polarizzazione spaziale è una funzione della geometria. La polarizzazione del fronte d'onda del segnale EME tra due stazioni può essere ruotata. L'entità della rotazione dipende dal rapporto tra le longitudini geografiche delle due stazioni e la posizione della Luna nel cielo. La maggior parte dei programmi per computer per il monitoraggio lunare calcolano la quantità di polarizzazione spaziale e mostrano il momento ottimale per assegnare gli sked. Effetto Faraday - Il campo magnetico terrestre fa sì che la polarizzazione di un'onda radio ruoti più volte mentre il segnale attraversa la ionosfera nel suo percorso verso e dalla Luna. Ciò porta all'attenuazione ciclica del segnale ricevuto. A due metri, il periodo tra i picchi del segnale (cioè il tempo per girare di 90 gradi) è di circa 30 minuti. Attualmente l'effetto Faraday non può essere contabilizzato nei programmi informatici. Gli effetti dannosi della polarizzazione spaziale e della rotazione di Faraday possono essere minimizzati utilizzando antenne rotanti polarizzate linearmente che ruotano attorno agli assi X, Y e Z o, più semplicemente, utilizzando antenne polarizzate incrociate. Yagis e molti altri. La comunicazione radio può essere effettuata con successo anche da due stazioni utilizzando la polarizzazione lineare, semplicemente “aspettando” un momento sfavorevole o rinviando il tentativo ad un altro momento in cui la combinazione della polarizzazione spaziale e dell'effetto Faraday dà un risultato favorevole. Se vista dalla Terra, la Luna sembra "oscillare" leggermente avanti e indietro sul proprio asse. Questo movimento è chiamato "liberazione". La lunghezza del percorso percorso dai segnali riflessi da diverse parti della superficie irregolare della Luna cambia continuamente, il che porta ad un "jitter" abbastanza rapido del segnale entro pochi dB. A due metri l'attenuazione e l'aumento del segnale avvengono con un periodo di circa 2 secondi. Il verificarsi di un aumento a breve termine della potenza del segnale può aiutare una stazione a basso consumo energetico a effettuare comunicazioni radio che altrimenti non sarebbero possibili. Effetto Doppler. Quando la Luna si muove rispetto a un osservatore sulla Terra, si verifica uno spostamento Doppler del segnale EME. A 2 metri questo corrisponde a circa più 350 Hz al sorgere della luna, 0 Hz quando la luna è sopra la testa e meno 350 Hz al tramonto della luna. Lo spostamento Doppler aumenta con l'aumentare della frequenza. Questo spostamento nella frequenza del segnale ricevuto deve essere tenuto in considerazione utilizzando una desintonizzazione RIT o un VFO separato quando si ascolta l'eco o un'altra stazione sulla frequenza assegnata. Una buona pratica sui 2 metri è quella di ruotare la scordatura entro 750 Hz su entrambi i lati della frequenza di ricezione prevista (cioè la frequenza assegnata allo sked + - spostamento Doppler) quando si ascolta il corrispondente. È anche meglio utilizzare un filtro ricevitore “ampio”, ad esempio 500 Hz, quando si sintonizza inizialmente una stazione. Una volta rilevato un segnale, il filtro del ricevitore può essere ristretto alla quantità richiesta per migliorare il rapporto segnale-rumore Rumore del cielo (temperatura del rumore). La Luna, mentre percorre la sua orbita durante il mese lunare di circa 28 giorni, passa davanti a una varietà di corpi celesti, come il Sole e altre stelle e pianeti, che emettono rumore a radiofrequenza. Alcune sorgenti sono più rumorose di altre, ma qualsiasi rumore aggiuntivo degraderà le condizioni di comunicazione lungo il percorso EME. I più piccoli sistemi di antenne da 2 metri utilizzati per EME hanno larghezze di fascio a metà potenza che vanno da circa 30 gradi per una singola Yagi a 15 gradi per una pila di quattro Yagi. Poiché la dimensione angolare della Luna osservata dalla Terra è di mezzo grado, l'antenna "vede" una parte significativa del cielo rumoroso attorno alla Luna. Il rumore del cielo, o temperatura del rumore, viene misurato in gradi Kelvin (K). A due metri il rumore del cielo varia da un minimo di 175 K (raro) a oltre 3000 K. Meno è meglio, e se questo valore è superiore a 400 K difficilmente una stazione a basso consumo sente o viene udita anche da una stazione ad alta energia. stazione energetica. La temperatura del rumore diminuisce proporzionalmente all'aumento della frequenza Perdite di percorso. Nel corso di un mese lunare, la Luna si muove lungo un'orbita leggermente ellittica con una distanza dalla Terra da circa 221.500 miglia al perigeo (il punto più vicino alla Terra) a circa 252.700 miglia all'apogeo (il punto più lontano). Queste distanze comportano un ritardo di circa 2,5 secondi nell'eco EME. A 2 metri, l'attenuazione del segnale a questa distanza è di circa 251,5 dB al perigeo e 253,5 dB all'apogeo, e l'attenuazione aumenta con l'aumentare della frequenza. Una differenza di 2 dB tra il perigeo e l'apogeo è un fattore significativo per una stazione a basso consumo energetico. Pertanto, la maggior parte degli sked vengono prescritti quando la Luna è vicina al perigeo. Questo è un "numero di qualità" calcolato dalla maggior parte dei programmi di tracciamento lunare, che calcolano il degrado segnale-rumore EME (DGRD) in dB per una data posizione e data lunare. Il rumore del cielo aggiuntivo in direzione della Luna più la distanza Terra-Luna viene confrontato rispetto al rumore del cielo più piccolo possibile e alla distanza più piccola in assoluto al perigeo. Durante il ciclo lunare mensile, questo fattore varia di oltre 13 dB a due metri. Una stazione a bassa energia ha le migliori possibilità di effettuare un QSO EME da 2 metri quando la degradazione è inferiore a 2,5 dB, e meno è meglio. Questa è la posizione, misurata in gradi sopra/sotto l'equatore, in cui la Luna appare nel cielo. La declinazione massima positiva (o settentrionale) è di circa +23 gradi. Le migliori condizioni per il funzionamento EME per le stazioni dell'emisfero settentrionale sono quando la declinazione è massima, poiché ciò fornisce le finestre più lunghe possibili per il funzionamento tra due stazioni nell'emisfero settentrionale (ad esempio USA-Europa, USA-Giappone). Inoltre, il rumore del cielo è solitamente inferiore ad alta declinazione. Quando la declinazione della Luna passa da 0 gradi (direttamente sopra l'equatore) e diventa negativa, la Luna sorge sempre più a sud e la finestra per le stazioni dell'emisfero settentrionale si accorcia. Quando si utilizza l'EME su due metri, in particolare, le stazioni a bassa energia, con o senza elevazione dell'antenna, possono ricevere fino a 6 dB di guadagno aggiuntivo dell'antenna quando l'antenna è puntata verso l'orizzonte. Le riflessioni del segnale da un terreno piatto e senza ostacoli davanti all'antenna causano picchi e cadute nel diagramma di radiazione a determinati angoli di elevazione, che possono comportare aumenti di guadagno fino a 6 dB. Si presuppone che non vi sia alcun aumento significativo del livello di rumore del suolo dall'orizzonte. L'effetto suolo è potenzialmente utile quando la Luna è compresa tra 0 e 10-12 gradi all'alba e al tramonto.Fasi lunari. Delle quattro fasi lunari (luna nuova, primo quarto, luna piena e ultimo quarto), la luna nuova più o meno uno o due giorni dovrebbe essere evitata a causa del rumore del sole. È preferibile la luna piena di notte. Quando la Luna è visibile durante il giorno, i disturbi ionosferici causati dal Sole possono peggiorare le condizioni per l’EME. Quindi la notte è solitamente il momento migliore per lavorare. Il momento migliore per operare EME su due misuratori è quando il perigeo, la massima declinazione nord (per le stazioni dell'emisfero settentrionale), il minimo rumore del cielo, il minimo degrado e le ore serali, che coincidono. Tuttavia, questa situazione ottimale si verifica solo una volta ogni nove anni, quando la Luna è il più vicino possibile alla Terra. L'ultima volta che ciò è accaduto è stato tra il 1999 e il 2000. Durante questo ciclo di nove anni, la massima declinazione e il perigeo si sono diffusi nel tempo. Di solito il miglior compromesso è scegliere un orario in cui il rumore del cielo (temperatura del rumore) è al minimo. Il prossimo periodo in cui il degrado sarà minimo e, di conseguenza, le condizioni per l'EME saranno le migliori possibili sarà il periodo 2007-2010. Tuttavia, molte comunicazioni radio EME vengono effettuate durante questo ciclo di nove anni. è molto lontano, l'area di copertura radio è molto ampia. I radioamatori comunicano con successo per molte migliaia di chilometri. Ci sono anche concorsi dedicati alle comunicazioni attraverso la luna, alcuni si tengono durante la Giornata dell'Aviazione e della Cosmonautica.

Durante gli esperimenti sono stati utilizzati trasmettitori con una potenza di 200 kW, operanti ad una lunghezza d'onda di circa 2 metri e antenne con un guadagno di 400.
Molto lavoro in questa direzione fu svolto nel 1954-57 alla Gorky University. Per gli esperimenti sono state utilizzate onde di 10 e 3 cm; il coefficiente di direttività dell'antenna su un'onda di 3 cm ha raggiunto 120mila, vale a dire l'energia era concentrata in un angolo di 0,5 gradi. Come risultato di questi esperimenti, è stato misurato il coefficiente di riflessione delle onde radio provenienti dalla Luna, che era di circa 0,25 - e si è scoperto che la riflessione avviene dalla parte centrale del disco visibile della Luna. Gli esperimenti con il radar sulla Luna hanno fornito una base concreta per l’implementazione dell’idea di utilizzare la Luna come ripetitore passivo.
Anche i radioamatori si interessarono a questa idea. E nel luglio 1960, la prima comunicazione radioamatoriale fu effettuata nella banda 1296 MHz tra le stazioni radioamatoriali del club americano W6HB e W1BU. Nel 1964 fu effettuata la prima comunicazione radio nella banda 144 MHz tra radioamatori OH1NL e W6DNG.
Nell'Unione Sovietica, la prima comunicazione radioamatoriale sulla Luna fu effettuata l'11 maggio 1979 dagli operatori della stazione radio collettiva UK2BAS, nella banda 432 MHz. Il loro partner era K2UYH. Successivamente, il 19 gennaio 1981, la prima comunicazione radio fu effettuata nella banda 144 MHz dal radioamatore UT5DL. Il suo partner era K1WHS del Maine, che all'epoca aveva l'antenna più grande (24 boom di 14 elementi).
Il 20 aprile dello stesso 1981, l'autore di questo articolo (ex UB5JIN) effettuò la sua prima comunicazione radio. E poi andò avanti all'infinito: il 6 dicembre 1981, la prima comunicazione radio intra-Unione (UB5JIN e UA3TCF), l'11 gennaio 1982 - la prima comunicazione radio dal territorio dell'URSS in SSB - (UB5JIN e K1WHS), Il 15 agosto 1982 la prima comunicazione con il Giappone (UB5JIN e JA6DR), il 10 ottobre con il Venezuela (UB5JIN e YV5ZZ) e così via...
Oggi, migliaia di radioamatori provenienti da tutti i continenti del globo conducono comunicazioni amatoriali attraverso la Luna nelle gamme di 144, 432, 1296, 5600 MHz. Ogni gamma ha le sue caratteristiche, vantaggi e svantaggi.
La ricezione sulla terra dei segnali riflessi dalla Luna incontra grandi difficoltà fondamentali:
La Luna si muove rispetto alla Terra con una velocità angolare elevata, quindi il segnale riflesso è soggetto all'effetto “Doppler”, ovvero l'onda riflessa da un corpo in movimento ha una frequenza di oscillazione diversa dalla frequenza dell'onda inviata. la gamma dei 144 MHz arriva a 427 Hz.
Sul segnale ricevuto ha una grande influenza anche l'effetto Faraday, cioè la rotazione del vettore di polarizzazione del segnale trasmesso, che si esprime in un profondo sbiadimento del segnale. Per eliminare questo effetto sono necessarie antenne con polarizzazione circolare, di difficile implementazione in la gamma dei 144 MHz per ragioni di progettazione.
Il rumore cosmico ha una forte influenza sulla ricezione dei segnali della portata del misuratore, ad esempio: la temperatura minima del rumore della sfera celeste alla frequenza di 136 MHz nel febbraio 1982 era di 210 gradi Kelvin o 2,35 db nei punti minimi e di 2750 gradi o 10,2 db al massimo dei punti.
Molti problemi sono anche associati alla trasparenza della troposfera e della ionosfera terrestre, alle interferenze atmosferiche e elettriche locali.
L'attenuazione approssimativa sul percorso Terra-Luna-Terra per le diverse bande può essere espressa nella tabella: Posizione della Luna Distanza (migliaia di km) 144 MHz (db) 432 MHz (db) 1296 MHz (db)
Perigeo 356.334187.08196.62206.15
Apogeo 406.610188.21197.76207.21

Per superare tale attenuazione, un radioamatore che vuole impegnarsi nelle comunicazioni radio E-M-E deve realizzare apparecchiature e antenne molto serie. Sulla base dell'attenuazione lungo il percorso e dei dati iniziali noti del ricevitore e del trasmettitore, è possibile costruire un grafico del guadagno dell'antenna per diverse bande di onde radio:

A: TX = 700 watt
RX = 1 dB
DF = 100 Hz
Come si può vedere dal grafico, per ricevere un'eco del vostro segnale con un livello di 1 db sopra il rumore nella gamma dei 144 MHz, è necessario che le antenne (trasmittente e ricevente) abbiano complessivamente circa 43 db, cioè. una buona antenna per E-M-E dovrebbe avere un guadagno di almeno 21,5 db. Sebbene le comunicazioni radio siano possibili utilizzando antenne con guadagno inferiore, per la comunicazione radio con un radioamatore K1WHS (antenna 24 x14 e KU pari a 27 db) è sufficiente avere un'antenna con un guadagno di 15-16 db!
Per un lavoro E-M-E di successo, devi conoscere chiaramente la posizione della Luna, l'ora del suo sorgere e tramontare per te e i tuoi partner. Un radioamatore ha bisogno di conoscere i periodi del perigeo e dell'apogeo della Luna e la “finestra” su Europa, Giappone, Sud e Nord America, è necessario conoscere i giorni in cui la traiettoria della Luna è vicina alla traiettoria del Sole. Sole, poiché la comunicazione radio con una differenza inferiore a 30 gradi è impossibile a causa della grande radiazione acustica proveniente dal Sole.
Durante il lavoro lunare si osserva anche un interessante fenomeno chiamato “effetto suolo”, cioè al sorgere e al tramonto della luna si verifica un notevole aumento del livello dei segnali riflessi di 1-3 db. Pertanto, per il quadrato “KN74BX”, un pronunciato l'effetto è stato osservato al tramonto (in questa direzione la pianura di 40-50 km termina con il bacino del Mar Nero), all'alba l'effetto suolo non è stato osservato (il terreno collinare si trasforma nella cresta delle montagne della Crimea).
Un'attività molto interessante quando si lavora attraverso la Luna è condurre test di eco. È meglio farlo al di fuori della regione E-M-E (144.000-144.015 MHz). Viene trasmessa una serie di punti o trattini, le combinazioni “BK”, “SK” vengono percepite meglio, dopo circa 2,5 secondi viene ricevuto un segnale eco. Sarà lateralmente in frequenza (effetto Doppler) non superiore a 427 Hz. L'eco non si sente sempre e non sempre, dipende dalle condizioni. Se in un dato momento non si sente l'eco nel vostro QTH, ciò non significa che il segnale non venga riflesso e non ricevuto, ad esempio, in Africa o in America. E viceversa: puoi sentire bene il tuo partner, la tua eco, ma il tuo partner in questo momento non ti sente. Gli esperimenti hanno dimostrato che un'eco con un livello di 1-2 db sopra il rumore, ricevuto di tanto in tanto, sarà abbastanza accettabile per il lavoro E-M-E.
L'autore dell'articolo ha condotto esperimenti con diverse antenne: 13 EL, 16 EL, 8x9 EL, 8x15 EL e preamplificatori sull'antenna con una figura di rumore di 0,5 - 1,5 db. L'amplificatore di potenza del trasmettitore è stato realizzato utilizzando due lampade 4CX350A utilizzando un circuito push-pull (P out ~ 1 Kw). L'esperienza ha dimostrato che tali apparecchiature, antenne ed energia sono abbastanza sufficienti per un funzionamento soddisfacente utilizzando i segnali riflessi dalla Luna. Nel corso dell'anno sono state effettuate comunicazioni radio con più di 100 corrispondenti diversi nei 5 continenti.
Come affermato in precedenza, i sistemi di antenne per la ricezione dei segnali E-M-E sono uno dei fattori principali. Il sistema di antenna deve avere una rotazione orizzontale, nonché un'elevazione verticale con una precisione di azimut ed elevazione non inferiore a 5-7 gradi. Il guadagno del sistema d'antenna deve essere almeno di 18-19 db. Gli array di antenne basati su antenne del tipo F9FT si sono dimostrati efficaci: 8x9, 8x13, 4x16, 8x16, facilmente ripetibili e strutturalmente semplici.
E infine, riguardo agli amplificatori d'antenna, vorrei attirare l'attenzione dei radioamatori su un'attenta e meticolosa messa a punto, almeno con il generatore di rumore più semplice su una lampada 2D2S, perché Non basta fornire un buon transistor, è necessario implementarne i parametri tecnici.
Si consiglia di collegare un voltmetro AC (con scala decibel) tipo V3-38, V3-39 all'uscita del ricevitore LF durante gli esperimenti per misurare con precisione i livelli dei segnali E-M-E.

Versione abbreviata di un articolo inviato alla rivista Radio il 9 novembre 1982.
Restaurato dalle bozze sopravvissute, il 22 novembre 2003, 21 anni dopo!!!

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Non appena la Luna cominciò a salire abbastanza in alto, gli esperimenti con i segnali di eco continuarono. E l'8 agosto una nuova tappa: Barry VE4MA ha ricevuto i miei segnali. Era una sequenza di trattini della durata di circa 0,3 secondi e con un periodo di circa 1 secondo. Tre giorni dopo, i miei segnali furono accettati da tutti i partecipanti all'esperimento. Sfortunatamente, tutti i miei tentativi di ricevere segnali di risposta dal Gary AD6FP non hanno avuto successo. Non c'era nemmeno un accenno alla presenza di un segnale.

Va notato che ora è il momento peggiore per condurre comunicazioni attraverso la Luna, specialmente nella gamma delle onde millimetriche. A causa delle grandi perdite nell'atmosfera, la comunicazione è possibile solo ad ampi angoli di elevazione. Per i QSO EME con il Nord America, ci sono solo 3-5 giorni al mese in cui la Luna è abbastanza alta, ma questi giorni coincidono ora con l’apogeo dell’orbita lunare, con conseguente perdita aggiuntiva di 2 dB. Inoltre in questi giorni c'è la luna piena, che corrisponde al massimo rumore termico della Luna. A differenza delle gamme di frequenza più basse, in cui la fase lunare non ha quasi alcun effetto sul rumore (la riflessione avviene ad un livello profondità maggiore dalla superficie della Luna, dove la temperatura è abbastanza costante), nella gamma dei 47 GHz si osserva una variazione di oltre una volta e mezza nella temperatura del rumore della Luna. Se consideriamo che il diagramma di radiazione dell'antenna rientra interamente nelle dimensioni angolari della Luna, è chiaro che il suo rumore pone un limite all'aumento della sensibilità del ricevitore. Per questo motivo ho deciso di abbandonare i tentativi di raffreddare l'amplificatore a basso rumore. Tecnicamente, questo è piuttosto difficile da implementare e il guadagno massimo nel rapporto segnale-rumore quando raffreddato con azoto liquido potrebbe essere di 1-2 dB. A quanto pare, un tale aumento chiaramente non era sufficiente.

Di conseguenza, rimaneva solo un metodo: l'elaborazione digitale del segnale ricevuto. Sfortunatamente, i programmi noti non sono adatti in questo caso, poiché sono progettati per segnali a bassa frequenza a banda stretta. Nel nostro caso, l'ampiezza dello spettro del segnale riflesso raggiunge diverse centinaia di Hz. Ciò è causato, in primo luogo, dalla natura multi-raggio del riflesso della Luna, quando ciascun raggio ha il proprio spostamento di frequenza Doppler, e in secondo luogo, dalle fluttuazioni del segnale durante la propagazione delle onde radio millimetriche nell'atmosfera. Poiché non riuscivamo a trovare nulla di già pronto, abbiamo dovuto pensare al nostro programma. Anche qui sono stato fortunato, il mio vecchio amico Vladimir Barchukov (http://www.orc.ru/~micron) ha accettato di aiutarmi in questa faccenda.

I primi risultati sono stati ottenuti il 2 novembre, quando è stato possibile ricevere una serie di “trattini” da Gary AD6FP, e il 27 novembre è stato possibile isolare entrambi i nominativi (47GHz.wav) dal rumore. Per la trasmissione, il solito codice Morse è stato utilizzato nella modalità telegrafia a due toni (BFSK) e per la ricezione è stato utilizzato il metodo di accumulo incoerente di informazioni ripetute.

Allo stesso tempo, era necessario garantire un'elevata precisione nell'impostazione delle frequenze del trasmettitore e del ricevitore e la correzione automatica dello spostamento della frequenza Doppler in costante cambiamento durante l'intera sessione. Dopotutto, in questo caso non è possibile regolare la frequenza utilizzando un segnale reale. Dopo che il segnale è stato isolato, si è scoperto che l'errore era solo di circa 100 Hz. Solo un paio di anni fa questo sarebbe stato impossibile, poiché non esistevano programmi per calcolare con precisione lo spostamento della frequenza Doppler del segnale riflesso dalla superficie della Luna. Ora esistono programmi di questo tipo e il più conveniente è l'ultima versione di F1EHN (EME SYSTEM V5.1). Inutile dire che la precisione della calibrazione della frequenza di entrambi i corrispondenti è misurata in decine di Hertz. Per un confronto nel raggio di due metri, ciò corrisponde ad una precisione di frequenza di circa 0,1 Hz.

L'analisi ha mostrato che il livello del segnale ricevuto era di circa -20 dB rispetto alla potenza del rumore nella banda di 2,5 kHz (come è comune in WSJT). Per fare un confronto, un segnale simile all'aurora è praticamente impercettibile e invisibile utilizzando il programma Spectran a partire da un livello di circa -15 dB.

Ho suggerito di chiamare il programma MWCW (Millimeter wave CW). Tuttavia, dopo un adeguato sviluppo, può essere utile non solo per le onde millimetriche.

Pertanto, tutti i problemi tecnici sono sostanzialmente risolti. Non resta che attendere la luna alta, il bel tempo e una certa dose di fortuna. E in modo che l'attrezzatura non si guasti.

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