Радиосвязь с использованием отражения от луны. Связь с отражением от лунной поверхности (EME) и отражением от метеорных следов (MS)

Луна — ближайшее к Земле небесное тело. Её радиус равен 1737 км, масса в 81,3 раза меньше массы Земли, а средняя плотность 3,35 г/куб. см, т.е. в полтора раза меньше плотности Земли. Продолжительность лунных суток составляет 29,5 земных. Среднее расстояние на трассе Земля-Луна-Земля составляет 750 тыс. км, затухание сигнала на этом пути для радиоволн метрового диапазона около 200db, т.е. сигнал ослабляется в десять, в десятой степени раз и идет туда и обратно 2,5 секунды.

Идея использовать Луну – спутник Земли в качестве пассивного ретранслятора пришла давно. Первые отражения радиоволн от поверхности Луны были получены еще в1946 году учеными Венгрии и США, работающими в этом направлении независимо друг от друга. При экспериментах использовались передатчики мощностью 200 КВт, работающие на волне около 2 метров и антенны с коэффициентом усиления 400.

«Лунная» антенна Александра, RN6BN. 64 антенны по 32 элемента.

Большие работы в этом направлении были проведены в 1954-57 годах в Горьковском университете. Для опытов использовались волны 10 и 3 см, коэффициент направленного действия антенн на волне 3 см достигал 120 тыс., т.е. энергия концентрировалась в угле 0,5 градуса. В результате этих опытов был измерен коэффициент отражения радиоволн от Луны, который составил примерно 0,25 — и было установлено, что отражение происходит от центральной части видимого диска Луны. Опыты радиолокации Луны дали реальную почву для осуществления идеи использования Луны в качестве пассивного ретранслятора.

Заинтересовались этой идеей и радиолюбители. И вот в июле 1960 года была проведена первая радиолюбительская связь в диапазоне 1296 Мгц между американскими клубными любительскими радиостанциями W6HB и W1BU. В 1964 году была проведена первая радиосвязь в диапазоне 144 Мгц между радиолюбителями OH1NL и W6DNG.

В Советском Союзе первая любительская радиосвязь через Луну была проведена 11 мая 1979 года операторами коллективной радиостанции UK2BAS, в диапазоне 432 Мгц. Их партнером был K2UYH. Позднее 19 января 1981 года радиолюбителем UT5DL была проведена первая радиосвязь в диапазоне 144 Мгц. Его партнером был K1WHS из штата Мэн, имеющий на то время самую большую антенну (24 стрелы по 14 элементов).

20 апреля, того же 1981 года, провел свою первую радиосвязь и автор этой статьи (ex UB5JIN). А дальше пошло – поехало: 6 декабря 1981 года, первая внутрисоюзная радиосвязь (UB5JIN и UA3TCF), 11 января 1982 года — первая радиосвязь с территории СССР на SSB – (UB5JIN и K1WHS), 15 августа 1982 года первая связь с Японией (UB5JIN и JA6DR), 10 октября с Венесуэлой (UB5JIN и YV5ZZ) и так далее…

Сегодня через Луну проводят любительские связи тысячи радиолюбителей всех континентов земного шара в диапазонах 144, 432, 1296, 5600 Мгц. Каждый из диапазонов имеет свои особенности, достоинства и недостатки.

Прием на земле сигналов, отраженных от Луны, встречает большие принципиальные трудности:

Луна движется относительно Земли с большой угловой скоростью, поэтому отраженный сигнал подвержен «Доплеровскому” эффекту, т.е. волна, отраженная от движущегося тела, имеет частоту колебаний отличную от частоты, посланной волны. Эта разница для диапазона 144 Мгц достигает 427 Гц.

Большое влияние на принимаемый сигнал оказывает также эффект «Фарадея”, т.е. вращение вектора поляризации передаваемого сигнала, который выражается в глубоких замираниях сигнала. Для устранения этого эффекта необходимы антенны с круговой поляризацией, которые трудно осуществимы в диапазоне 144 Мгц из конструктивных соображений.

Сильно влияют на прием сигналов метрового диапазона космические шумы, к примеру: минимальная шумовая температура небесной сферы на частоте 136 Мгц в феврале 1982 года составляла 210 градусов Кельвина или 2,35 db в точках минимума и 2750 градусов или 10,2 db в точках максимума.

Много проблем связано также с прозрачностью тропосферы и ионосферы Земли, атмосферными и местными электрическими помехами.

Ориентировочное затухание на трассе Земля-Луна-Земля для разных диапазонов можно выразить таблицей:

Для того, чтобы перекрыть такое затухание, радиолюбитель, желающий заниматься E-M-E радиосвязями, должен сделать очень серьезную аппаратуру и антенны.

EME-антенна W5UN. 32 антенны по 32 элемента.

Чтобы получить эхо своего сигнала с уровнем 1 db над шумами в диапазоне 144 Мгц надо, чтобы антенны (передающая и приемная) имели в сумме примерно 43 db, т.е. хорошая антенна для Е-М-Е должна иметь коэффициент усиления не менее 21,5 db. Хотя возможны радиосвязи при использовании антенн с меньшим усилением, так, для проведения радиосвязи с радиолюбителем K1WHS (антенна 24 х14 и К.У. равном 27db) вполне достаточно иметь антенну с усилением 15-16 db!

Для успешной Е-М-Е работы нужно четко знать положение Луны, время ее восхода и захода у Вас и Ваших партнеров. В этом вам очень помогут компьютерные программы, к примеру: WSJT и Orbitron

Радиолюбителю необходимо знать периоды перигея и апогея Луны и “окна” на Европу, Японию, Южную и Северную Америку. Необходимо знать дни, когда траектория Луны близка к траектории движения Солнца, т.к. проведение радиосвязи при разнице менее 30 градусов невозможно, из-за больших шумовых излучений Солнца.

При Лунной работе наблюдается также интересное явление, называемое “грунт-эффект”, т.е. на восходе и заходе Луны происходит заметное увеличение уровня отраженных сигналов на 1-3 db.

Очень интересным занятием при работе через Луну является проведение эхо-тестов. Это лучше делать за пределами Е-М-Е участка (144,000-144.015 Мгц). Передаётся серия точек или тире, лучше воспринимаются сочетания “BK”, “SK”, Примерно через 2,5 секунды принимается эхо-сигнал. Он будет в стороне по частоте (доплеровский эффект) не более 427 Гц. Эхо слышно не всегда и не постоянно, это зависит от условий. Если в данный момент времени эхо не слышно в Вашем QTH — это не значит, что сигнал не отражается и не принимается, например, в Африке или Америке. И наоборот – можно хорошо слышать своего партнера, свое эхо, а партнер в этот момент времени Вас не слышит. Опыты показали, что вполне приемлемым для Е-М-Е работы будет эхо с уровнем 1-2 db над шумами, принимаемое время от времени.

Как говорилось ранее, антенные системы для приема Е-М-Е сигналов являются одним из основных факторов. Антенная система должна иметь вращение по горизонту, а также вертикальную элевацию с точностью установки азимута и элевации не хуже 5-7 градусов. Усиление антенной системы должно быть не менее 18-19 db.

И напоследок об антенных усилителях, хочется обратить внимание радиолюбителей на тщательную скурпулезную настройку предусилителя. Мало поставить хороший транзистор — надо реализовать его технические параметры.

В качестве части своего программного проекта WSJT, Joe Taylor, K1JT, разработал JT65 для работы EME, как расширение WSJT. Основная масса радиолюбителей (если не все) сейчас проводят EME — QSO’s с помощью этой программы и весьма успешно. Пожалуйста, для получения дополнительной информации посетите сайт K1JThttp://www.physics.princeton.edu/pulsar/K1JT/wsjt.html . Этот цифровой режим связи по-видимому, дает выигрыш в соотношении сигнал/шум около 10 dB по сравнению с CW и сделает гораздо более легким проведение низкоэнергетической станцией большего количества EME QSO, чем это было бы возможно с использованием CW (кроме ситуаций с лучшими условиями).

EME — антенна KB8RQ.

Некоторые выдержки взяты из статьи Василия Бекетова, UU2JJ (ex UB5JIN) — Лунная связь на 144 Мгц.

Вдоволь наработавшись через метеоры, решил попробовать провести хотя бы одну EME — связь. Опыт работы с программой WSJT был уже большой и аппаратура, как бы теоретически позволяла, сработать с BIG GUN’s-ами (радиолюбителями обладающими большой энергетикой и целой системой направленных антенн).

На тот период времени у меня был ICOM IC-910H c выходной мощьностью 100 ватт на диапазоне 144 Мгц, предусилитель ICOM AG-25, 4 антенны по 10 элементов каждая (A144S10 фирмы Diamond, Japan) и поворотка Yaesu G-800 DXA.

Первую связь решил провести с Александром, RN6BN — так как громче (как в CW, так и в SSB) и сильней по уровню (по программе WSJT), я больше ни кого и ни когда не принимал!

Вызывать его начал модой JT65 специально без предварительной договоренности (связь рандом) и он без проблем мне ответил. Первое моё EME — QSO состоялось!!!

Это меня сильно воодушивило и теперь я стал с нетерпением ожидать восхода и захода Луны. Так, как у меня антенна была без возможности элевации, то мне отводился, примерно, 1 час для того, что бы попытаться провести связь, когда Луна находится низко над горизонтом.

К тому же очень сильно помогал «эффект грунта», когда к основному сигналу добавлялись дополнительные 1-2 дцб в результате отражения сигнала от Земли.

Вторая связь была без проблем с W5UN, третья с KB8RQ и так потихоньку-помаленьку «поехало»…

За 1 год я провёл более 50 EME — связей (конечно с «большими станциями»). Что бы работать и дальше через Луну нужно было соответственно улучшать свой SETUP. Но как оно всегда в жизни бывает: отсутствие финансов, ограничение в площади для установки антенн, помехи соседям из-за большой мощности усилителя, в конце-концов остудили мой пыл. Но ту безмерную радость и ощущение того, что ты ещё можешь что-то на этой грешной земле, испытал сполна…

73!

Луна – спутник земли, мы часто видим её на небе. Иногда даже луна освещает нам дорогу в ночи. Но мы сегодня не будем говорить об астрономических характеристиках. Поговорим, как провести радиосвязь через Луну. Лунная связь или EME QSO на радиолюбительском жаргоне.

Первые лунные связи были проведены учеными в 40 годах прошлого века, а радиолюбители начали проводить связи в 60 годах. Для связи используется в основном УКВ радиолюбительские диапазоны, и самый популярный диапазон 144 мегагерц для многих становится отправной точкой.

Сейчас уже 21 век, и технические возможности позволяют проводить лунные связи на довольно скромной аппаратуре. Вот и RA9DA решил провести такие эксперименты, убедиться, но и заодно так сказать пощупать почувствовать разницу, в антеннах и другой приемной и передающей аппаратуре связи.

Всего 50 ватт на выходе трансивера Icom. Две антенны по 9 элементов в горизонтальной поляризации. Слушать и принимать сигналы, я и раньше принимал, а здесь решил и на передачу поработать. Выбрал одну из мощных радиостанций UA3PTW и давай звать на его общий вызов.

Не сказал, что вид модуляции цифровой JT-65b при помощи программы WSJT, которую можно скачать на сайте автора K1JT .
Лиха беда начало, сообщил на российском УКВ портале что начал пробовать провести первую лунную связь, да еще с таким слабым сетапом. Меня никто не обсмеял, а помогли советом с кем можно пробовать. А с Дмитрием UA3PTW , обговорили и поняли, что не хватило всего 2-3 децибела. А тот день деградация была большая, что в следующий раз, когда деградация будет меньше или самой малой, то связь будет возможной.

Сижу, кручу антенны по азимуту и также по углу места или элевация. В программе есть данные эти – куда антенну направлять и жду KB8RQ одну из самых мощных радиостанций северной Америки.
Вижу, зову и тихо, спокойно, как будто вовсе и не первое лунное qso, проходит радиосвязь через Луну. Состоялась моя первая eme — связь. Открыл для себя новый вид связи – связь через Луну.
Понимая, что здесь вовсе не моя заслуга, а на той стороне, где для приема используется большая антенная система из 24 антенн.

Мои первые связи

Через несколько дней когда деградация была минимальная, провел лунную связь с UA3PTW. Результат, да пусть маленький, но результат и путь для дальнейшего развития, улучшения антенной системы и понимание, что все-таки 50 ватт мало и можно приступать, к постройке мощного усилителя мощности.

Следующим корреспондентом через Луну стал итальянец I2FAK. У него 16 антенн на этот диапазон, и он легко меня принял, и мы провели очередное третье для меня eme-qso.

Наверное многие из нас слышали о "лунатиках", которые способны бродить во сне минуя препятствия, при этом не нанося себе травматических последствий. Но речь в данной статье пойдет совсем о другой категории "лунатиков", а именно о группе энтузиастов, которые не жалея своих сил и ресурсов проводят интереснейшие эксперименты в области радиосвязи с помощью нашего естественного спутника Луны, изучая и исследуя все стороны данного процесса.EME (от англ. "Earth - Moon - Earth" - "Земля - Луна - Земля") - техника радиосвязи на УКВ с использование Луны в качестве отражателя. Идея использовать Луну - спутник Земли в качестве пассивного ретранслятора пришла давно. Первые отражения радиоволн от поверхности Луны были получены еще в 1946 году учеными Венгрии и США, работающими в этом направлении независимо друг от друга. При экспериментах использовались передатчики мощностью 200 КВт, работающие на волне около 2 метров и антенны с коэффициентом усиления 400.Большие работы в этом направлении были проведены в 1954-57 годах в Горьковском университете. Для опытов использовались волны 10 и 3 см, коэффициент направленного действия антенн на волне 3 см достигал 120 тыс., т.е. энергия концентрировалась в угле 0,5 градуса.В результате этих опытов был измерен коэффициент отражения радиоволн от Луны, который составил примерно 0,25 - и было установлено, что отражение происходит от центральной части видимого диска Луны. Опыты радиолокации Луны дали реальную почву для осуществления идеи использования Луны в качестве пассивного ретранслятора.Заинтересовались этой идеей и радиолюбители. И вот в июле 1960 года была проведена первая радиолюбительская связь в диапазоне 1296 Мгц между американскими клубными любительскими радиостанциями W6HB и W1BU. В 1964 году была проведена первая радиосвязь в диапазоне 144 Мгц между радиолюбителями OH1NL и W6DNG.В Советском Союзе первая любительская радиосвязь через Луну была проведена 11 мая 1979 года операторами коллективной радиостанции UK2BAS, в диапазоне 432 Мгц. Их партнером был K2UYH. Позднее 19 января 1981 года радиолюбителем UT5DL была проведена первая радиосвязь в диапазоне 144 Мгц. Его партнером был K1WHS из штата Мэн, имеющий на то время самую большую антенну (24 стрелы по 14 элементов).Сегодня через Луну проводят любительские связи тысячи радиолюбителей всех континентов земного шара в диапазонах 144, 432, 1296, 5600 Мгц. Каждый из диапазонов имеет свои особенности, достоинства и недостатки. Для EME применяются довольно сложные антенные устройства - параболические антенны или антенны типа "волновой канал" с большим количеством элементов.Сущность EME - основные технические аспектыЕсли две станции имеют соответствующее оборудование и могут одновременно видеть Луну, они могут провести EME радиосвязь. Однако, для достижения успеха может понадобиться несколько попыток. Сигналы - это очень слабые эхо, отраженные поверхностью Луны. Как правило, они находятся на уровне шумов или даже ниже, время от времени поднимаясь над шумами на короткие периоды. Давайте рассмотрим некоторые технические факторы, влияющие на EME радиосвязь, в частности, для диапазона 2 м.Поляризация. Поляризация EME-сигналов постоянно меняется, что приводит к полному пропаданию сигнала или к очень глубоким замираниям. Есть два основных поляризационных эффекта:Пространственная поляризация - это функция геометрии. Поляризация фронта волны EME-сигнала между двумя станциями может быть повернута. Величина поворота зависит от соотношения географических долгот двух станций и положения Луны на небе. Большинство компьютерных программ слежения за Луной вычисляют величину пространственной поляризации и показывают оптимальное время для назначения скедов.Эффект Фарадея - Магнитное поле Земли вызывает поворот поляризации радиоволны несколько раз, когда сигнал проходит через ионосферу по пути к Луне и обратно. Это приводит к циклическому федингу принимаемого сигнала. На двух метрах период между пиками сигнала (т.е. время поворота на 90 градусов) составляет около 30 минут. Эффект Фарадея в настоящее время не может быть учтен в компьютерных программах.Вредный эффект пространственной поляризации и вращения Фарадея может быть минимизирован использованием вращающихся линейно поляризованных антенн, вращающаяся вокруг осей X, Y и Z, или, что проще, использованием кросс-поляризованных Yagi, и многие другие. Радиосвязь могут успешно провести и две станции, использующие линейную поляризацию, просто "пережидая" неблагоприятное время или перенеся попытку на другое время, когда комбинация пространственной поляризации и эффекта Фарадея дает благоприятный результат.Либрационный фединг. Если смотреть с Земли, Луна кажется слегка "качающейся" вперед-назад вокруг своей оси. Это движение называется "либрация". Длина пути, проходимого сигналами, отраженными от различных частей неровной поверхности Луны, все время меняется, что приводит к достаточно быстрому "дрожанию" сигнала в пределах нескольких dB. На двух метрах замирания и увеличения сигнала происходят с периодом около 2-х секунд. Возникновение кратковременного увеличения уровня сигнала может помочь станции с низкой энергетикой провести радиосвязь, которое иначе провести бы не удалось.Эффект Доплера. Так как Луна движется по отношению к наблюдателю на Земле, возникает доплеровский сдвиг EME-сигнала. На 2-х метрах это приблизительно плюс 350 Гц на восходе Луны, 0 Гц, когда Луна над головой, и минус 350 Гц на заходе Луны. Доплеровский сдвиг увеличивается при увеличении частоты. Этот сдвиг частоты принимаемого сигнала должен учитываться использованием расстройки RIT или отдельного VFO, когда Вы слушаете свое эхо или другую станцию на назначенной частоте. Хорошая практика на 2-х метрах - крутить расстройку в пределах 750 Гц в обе стороны от ожидаемой частоты приема (т.е. частоты, назначенной для скеда +- доплеровский сдвиг), когда слушаете корреспондента. Лучше также при первоначальной настройке на станцию использовать "широкий" фильтр приемника, например, 500 Гц. Когда сигнал обнаружен, фильтр приемника можно заузить до необходимой величины для улучшения соотношения сигнал/шум.Шум неба (шумовая температура). Луна, двигаясь по своей орбите в течение примерно 28-дневного лунного месяца, проходит перед разнообразными небесными телами, такими как Солнце и другие звезды и планеты, которые излучают радиочастотные шумы. Некоторые источники более шумные, чем другие, но любые дополнительные шумы ухудшают условия связи на трассе EME. Самые маленькие антенные системы 2-х метрового диапазона, используемые для EME, имеют ширину главного лепестка диаграммы направленности по половинной мощности примерно от 30 градусов для одиночной Yagi до 15 градусов для стэка из четырех Yagi. Так как угловой размер Луны при наблюдении с Земли составляет полградуса, антенна "видит" значительную часть шумного неба вокруг Луны. Шум неба, или шумовая температура, измеряется в градусах Кельвина (К). На двух метрах шум неба изменяется от минимум 175 К (редко) до более 3000 К. Чем меньше, тем лучше, и если эта величина более 400 К, станция с низкой энергетикой вряд ли услышит или будет услышана даже станцией с высокой энергетикой. Шумовая температура уменьшается пропорционально увеличению частоты.Потери на трассе. В течение лунного месяца Луна движется по слегка эллиптической орбите с расстоянием до Земли от около 221500 миль в перигее (ближайшая к Земле точка) до примерно 252700 миль в апогее (наиболее удаленная точка). Эти расстояния приводят к примерно 2.5-секундному запаздыванию EME-эхо. На 2-х метрах затухание сигнала на этом расстоянии около 251.5 dB в перигее и 253.5 dB в апогее, и затухание возрастает с ростом частоты. Разница в 2 dB между перигеем и апогеем является существенным фактором для станции с низкой энергетикой. Таким образом, большинство скедов назначается, когда Луна около перигея.Деградация. Это "число качества", вычисляемое большинством программ слежения за Луной, которые вычисляют деградацию (DGRD) EME сигнал/шум в dB для данного положения Луны и даты. Сравнивается дополнительный шум неба в направлении на Луну плюс расстояние Земля-Луна по отношению к наименьшему возможному шуму неба и абсолютно наименьшему расстоянию в перигее. В течение месячного лунного цикла этот фактор изменяется в пределах более чем 13 dB на двух метрах. Станция с низкой энергетикой имеет наилучшие шансы провести 2 м EME QSO, когда деградация менее 2.5 dB, и чем меньше, тем лучше.Склонение. Это положение, измеренное в градусах над/под экватором, при котором Луна появляется на небе. Максимальное положительное (или северное) склонение составляет около +23 градуса. Лучшие условия для работы EME для станций северного полушария, когда склонение наибольшее, так как при этом имеются наибольшие по продолжительности возможные окна для работы между двумя станциями в северном полушарии (например, США-Европа, США-Япония). Кроме того, шум неба обычно меньше при большом склонении. Когда склонение Луны проходит через 0 градусов (прямо над экватором) и становится отрицательным, Луна восходит все дальше и дальше к югу и продолжительность окон для работы станций северного полушария сокращается.Грунт-эффект. При работе EME на двух метрах, в частности, станции с низкой энергетикой, с или без элевации антенн, могут получить дополнительное усиление антенны до 6 dB, когда антенна направлена на горизонт. Отражения сигнала от плоской, ничем не загроможденной поверхности земли перед антенной вызывают пики и провалы в диаграмме направленности для определенных углов элевации, которые могут дать до 6 dB прибавки усиления. Предполагается, что при этом нет значительного увеличения уровня земного шума с горизонта. Грунт-эффект потенциально полезен, когда Луна находится между 0 и 10-12 градусами на восходе и закате.Фазы Луны. Из четырех фаз Луны (новолуние, первая четверть, полнолуние и последняя четверть), новолуния плюс-минус один-два дня нужно избегать из-за шумов Солнца. Наиболее предпочтительно полнолуние в ночное время. Когда Луна видна в дневное время, ионосферные возмущения, вызываемые Солнцем, могут ухудшить условия для EME. Таким образом, ночное время обычно лучше.Лучшее время для работы. Наилучшее время для работы EME на двух метрах - это когда перигей, наибольшее северное склонение (для станций северного полушария), минимальный шум неба, наименьшая деградация и вечерние часы, причем когда все это совпадает. Однако, такая оптимальная ситуация бывает только раз в девять лет, когда Луна находится так близко к Земле, как только возможно. В последний раз такое было в 1999-2000 г. В течение этого девятилетнего цикла максимальное склонение и перигей расползаются по времени. Обычно лучший компромисс - это выбор времени, когда шум неба (шумовая температура) минимален. Следующий раз, когда деградация будет минимальной и, соответственно, условия для EME будут наилучшими из возможных - это период 2007 - 2010 г. Тем не менее, много EME радиосвязей проводятся и в течение этого девятилетнего цикла.В связи с тем что Луна находится очень далеко, зона покрытия радиосвязи очень большая. Радиолюбители с успехом проводят связи на многие тысячи километров. Существуют даже соревнования посвященные связи через луну, некоторые проводятся в день авиации и космонавтики.

Луна - ближайшее к Земле небесное тело. Её радиус равен 1737 км, масса в 81,3 раза меньше массы Земли, а средняя плотность 3,35 г/куб. см, т.е. в полтора раза меньше плотности Земли. Продолжительность лунных суток составляет 29,5 земных. Среднее расстояние на трассе Земля-Луна-Земля составляет 750 тыс. км, затухание сигнала на этом пути для радиоволн метрового диапазона около 200db, т.е. сигнал ослабляется в десять, в десятой степени раз и идет туда и обратно 2,5 секунды.

Идея использовать Луну – спутник Земли в качестве пассивного ретранслятора пришла давно. Первые отражения радиоволн от поверхности Луны были получены еще в 1946 году учеными Венгрии и США, работающими в этом направлении, независимо друг от друга.

При экспериментах использовались передатчики мощностью 200 КВт, работающие на волне около 2 метров и антенны с коэффициентом усиления 400.
Большие работы в этом направлении были проведены в 1954-57 годах в Горьковском университете. Для опытов использовались волны 10 и 3 см, коэффициент направленного действия антенн на волне 3 см достигал 120 тыс., т.е. энергия концентрировалась в угле 0,5 градуса. В результате этих опытов был измерен коэффициент отражения радиоволн от Луны, который составил примерно 0,25 - и было установлено, что отражение происходит от центральной части видимого диска Луны. Опыты радиолокации Луны дали реальную почву для осуществления идеи использования Луны в качестве пассивного ретранслятора.
Заинтересовались этой идеей и радиолюбители. И вот в июле 1960 года была проведена первая радиолюбительская связь в диапазоне 1296 МГц между американскими клубными любительскими радиостанциями W6HB и W1BU. В 1964 году была проведена первая радиосвязь в диапазоне 144 МГц между радиолюбителями OH1NL и W6DNG.
В Советском Союзе первая любительская радиосвязь через Луну была проведена 11 мая 1979 года операторами коллективной радиостанции UK2BAS, в диапазоне 432 МГц. Их партнером был K2UYH. Позднее 19 января 1981 года радиолюбителем UT5DL была проведена первая радиосвязь в диапазоне 144 МГц. Его партнером был K1WHS из штата Мэн, имеющий на то время самую большую антенну (24 стрелы по 14 элементов).
20 апреля, того же 1981 года, провел свою первую радиосвязь и автор этой статьи (ex UB5JIN). А дальше пошло – поехало: 6 декабря 1981 года, первая внутрисоюзная радиосвязь (UB5JIN и UA3TCF), 11 января 1982 года - первая радиосвязь с территории СССР на SSB – (UB5JIN и K1WHS), 15 августа 1982 года первая связь с Японией (UB5JIN и JA6DR), 10 октября с Венесуэлой (UB5JIN и YV5ZZ) и так далее…
Сегодня через Луну проводят любительские связи тысячи радиолюбителей всех континентов земного шара в диапазонах 144, 432, 1296, 5600 МГц. Каждый из диапазонов имеет свои особенности, достоинства и недостатки.
Прием на земле сигналов, отраженных от Луны, встречает большие принципиальные трудности:
Луна движется относительно Земли с большой угловой скоростью, поэтому отраженный сигнал подвержен "Доплеровскому” эффекту, т.е. волна, отраженная от движущегося тела, имеет частоту колебаний отличную от частоты, посланной волны. Эта разница для диапазона 144 МГц достигает 427 Гц.
Большое влияние на принимаемый сигнал оказывает также эффект "Фарадея”, т.е. вращение вектора поляризации передаваемого сигнала, который выражается в глубоких замираниях сигнала. Для устранения этого эффекта необходимы антенны с круговой поляризацией, которые трудно осуществимы в диапазоне 144 МГц из конструктивных соображений.
Сильно влияют на прием сигналов метрового диапазона космические шумы, к примеру: минимальная шумовая температура небесной сферы на частоте 136 МГц в феврале 1982 года составляла 210 градусов Кельвина или 2,35 db в точках минимума и 2750 градусов или 10,2 db в точках максимума.
Много проблем связано также с прозрачностью тропосферы и ионосферы Земли, атмосферными и местными электрическими помехами.
Ориентировочное затухание на трассе Земля-Луна-Земля для разных диапазонов можно выразить таблицей: Положение Луны Дистанция (тыс.км) 144 МГц (db) 432 МГц (db) 1296 МГц (db)
Перигей 356,334187,08196,62206,15
Апогей 406,610188,21197,76207,21

Для того, чтобы перекрыть такое затухание, радиолюбитель, желающий заниматься E-M-E радиосвязями, должен сделать очень серьезную аппаратуру и антенны. Исходя из затухания на трассе и известных исходных данных приемника и передатчика, можно построить график усиления антенн для разных диапазонов радиоволн:

При: TX = 700 watts
RX = 1 db
DF = 100 Hz
Как видно из графика, чтобы получить эхо своего сигнала с уровнем 1 db над шумами в диапазоне 144 МГц надо, чтобы антенны (передающая и приемная) имели в сумме примерно 43 db, т.е. хорошая антенна для Е-М-Е должна иметь коэффициент усиления не менее 21,5 db. Хотя возможны радиосвязи при использовании антенн с меньшим усилением, так, для проведения радиосвязи с радиолюбителем K1WHS (антенна 24 х14 и К.У. равном 27db) вполне достаточно иметь антенну с усилением 15-16 db!
Для успешной Е-М-Е работы нужно четко знать положение Луны, время ее восхода и захода у Вас и Ваших партнеров. Радиолюбителю необходимо знать периоды перигея и апогея Луны и "окна” на Европу, Японию, Южную и Северную Америку. Необходимо знать дни, когда траектория Луны близка к траектории движения Солнца, т.к. проведение радиосвязи при разнице менее 30 градусов невозможно, из-за больших шумовых излучений Солнца.
При Лунной работе наблюдается также интересное явление, называемое "грунт-эффект”, т.е. на восходе и заходе Луны происходит заметное увеличение уровня отраженных сигналов на 1-3 db. Так, для квадрата "KN74BX”, наблюдался ярко выраженный эффект на заходе (в этом направлении равнина 40-50 км заканчивается Черноморским бассейном), на восходе "грунт-эффект” не наблюдался (холмистая местность, переходящая в гряду Крымских гор).
Очень интересным занятием при работе через Луну является проведение эхо-тестов. Это лучше делать за пределами Е-М-Е участка (144,000-144.015 МГц). Передаётся серия точек или тире, лучше воспринимаются сочетания "BK”, "SK”, Примерно через 2,5 секунды принимается эхо-сигнал. Он будет в стороне по частоте (доплеровский эффект) не более 427 Гц. Эхо слышно не всегда и не постоянно, это зависит от условий. Если в данный момент времени эхо не слышно в Вашем QTH - это не значит, что сигнал не отражается и не принимается, например, в Африке или Америке. И наоборот – можно хорошо слышать своего партнера, свое эхо, а партнер в этот момент времени Вас не слышит. Опыты показали, что вполне приемлемым для Е-М-Е работы будет эхо с уровнем 1-2 db над шумами, принимаемое время от времени.
Автором статьи проводились эксперименты с разными антеннами: 13 EL , 16 EL, 8х9 EL, 8х15 EL и предусилителями на антенне с коэффициентом шума 0,5 – 1,5 db. Усилитель мощности передатчика был выполнен на двух лампах 4CX350A по двухтактной схеме (P out ~ 1 Kw). Опыт показал, что такой аппаратуры, антенн и энергетики вполне достаточно для удовлетворительной работы с использованием отраженных от Луны сигналов. В течение года были проведены радиосвязи с более 100 различными корреспондентами на 5-ти континентах.
Как говорилось ранее, антенные системы для приема Е-М-Е сигналов являются одним из основных факторов. Антенная система должна иметь вращение по горизонту, а также вертикальную элевацию с точностью установки азимута и элевации не хуже 5-7 градусов. Усиление антенной системы должно быть не менее 18-19 db. Хорошо зарекомендовали себя антенные решетки на базе антенн типа F9FT: 8х9, 8х13, 4х16, 8х16, которые легко повторимы и конструктивно просты.
И напоследок об антенных усилителях, хочется обратить внимание радиолюбителей на тщательную скурпулезную настройку, хотя бы простейшим шум генератором на лампе 2Д2С, т.к. мало поставить хороший транзистор, надо реализовать его технические параметры.
На выход НЧ приемника желательно подключать при экспериментах вольтметр переменного тока (с децибельной шкалой) типа В3-38, В3-39, для точного измерения уровней Е-М-Е сигналов.

Сокращенный вариант статьи, отправленной в журнал "Радио” 9 ноября 1982 года.
Восстановлено из сохранившихся черновиков, 22 ноября 2003 года, 21 год спустя!!!

Страница 3 из 3

Как только Луна стала подниматься достаточно высоко, эксперименты с эхо-сигналами продолжились. И вот 8 августа новый этап - Barry VE4MA принял мои сигналы. Это была последовательность тире длительностью около 0,3 секунды и с периодом около 1секунды. Через три дня мои сигналы были приняты всеми участниками эксперимента. К сожалению, все мои попытки принять ответные сигналы от Gary AD6FP не дали результата. Не было даже намека на присутствие сигнала.

Следует заметить, что сейчас наихудший момент для проведения связей через Луну, особенно в диапазоне миллиметровых волн. Из-за больших потерь в атмосфере проведение связи возможно только при больших углах места. Для EME QSO с Северной Америкой есть всего 3-5 дней в месяц, когда Луна поднимается достаточно высоко, но эти дни сейчас совпадают с апогеем лунной орбиты, что дает 2 дБ дополнительных потерь. К тому же в эти дни сейчас полнолуние, что соответствует максимуму тепловых шумов Луны, В отличие от более низкочастотных диапазонов, на которых фаза Луны на шум почти не влияет (отражение там происходит на большей глубине от поверхности Луны, где температура достаточно постоянна), в диапазоне 47 ГГц наблюдается более, чем полуторакратное изменение шумовой температуры Луны. Если учесть, что диаграмма направленности антенны полностью укладывается в угловой размер Луны, то ясно, что ее шум ставит предел повышению чувствительности приемника. По этой причине решил отказаться от попыток охлаждения малошумящего усилителя. Технически это довольно сложно реализовать, а максимальный выигрыш в соотношении сигнал/шум при охлаждении жидким азотом мог составить 1-2 дБ. Судя по всему такой прибавки явно не хватало.

В результате оставался только один способ - цифровая обработка принятого сигнала. К сожалению, широко известные программы в данном случае не подходят, так как они рассчитаны на узкополосные сигналы низкочастотных диапазонов. В нашем же случае ширина спектра отраженного сигнала достигает нескольких сотен Гц. Это вызвано, во-первых, многолучевым характером отражения от Луны, когда каждый луч имеет свой доплеровский сдвиг частоты, а во-вторых, флуктуациями сигнала при распространении миллиметровых радиоволн в атмосфере. Так как ничего готового найти не удалось, пришлось думать о собственной программе. Тут мне опять повезло, мой старый знакомый Владимир Барчуков (http://www.orc.ru/~micron) согласился помочь в этом деле.

Первые результаты были получены 2 ноября, когда удалось принять от Gary AD6FP серию “тире”, а 27 ноября удалось выделить из шумов оба позывных (47GHz.wav). Для передачи был использован обычный код Морзе в режиме двухтоновой частотной телеграфии (BFSK), а для приема метод некогерентного накопления повторяющейся информации.

При этом надо было обеспечить высокую точность установки частот передатчика и приемника и автоматическую коррекцию постоянно изменяющегося доплеровского сдвига частоты на протяжении всего сеанса. Ведь никакой возможности подстройки частоты по реальному сигналу в данном случае нет. После того, как сигнал был выделен, выяснилось, что погрешность составила всего около 100 Гц. Еще пару лет назад это было бы невозможно, так как отсутствовали программы для точного расчета доплеровского сдвига частоты сигнала, отраженного от поверхности Луны. Теперь такие программы есть, и самая удобная из них - это последняя версия F1EHN (EME SYSTEM V5.1). Само собой разумеется, что точность калибровки частоты у обоих корреспондентов измеряется десятками герц. Для сравнения в двухметровом диапазоне это соответствует точности установки частоты около 0,1 Гц.

Анализ показал, что уровень принимаемого сигнала составлял окодо - 20 дБ по отношению к мощности шумов в полосе 2,5 кГц (как это принято в WSJT). Для сравнения такой «авророподобный» сигнал практически не слышен и не виден с помощью программы «Spectran» с уровня около - 15 дБ.

Я предложил назвать программу MWCW (Millimeter wave CW). Однако после соответствующей доводки она может быть полезна не только на миллиметровых волнах.

Таким образом, все технические проблемы в основном решены. Осталось только дождаться высокой Луны, хорошей погоды и определенной доли удачи. И чтобы аппаратура не подвела.

Проверка и настройка ЛБВ на рабочем столе.