DínóEbben a cikkünkben ismét egy olyan projektről számolunk be, amelyhez gyakorlatilag minden rendelkezésünkre állt, csak össze kellett rakni a kész részegységeket.
Egy korábbi cikkben már bemutattuk a 2024-ben felszerelt új 70 cm-es sávú hélix antennánkat. A megépítését követően viszont elmaradt az antenna precíz kimérése, “in situ” teszteltük és teszteljük azóta is. Ugyanekkor már a felszerelést megelőzően elkezdtünk gondolkodni rajta, hogy hogyan lehetne az iránykarakterisztikáját kimérni.
Bár a Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék rendelkezik egy antenna mérőszobával, de a nagyméretű antennánkkal a kis helyből adódóan sok probléma lett volna, így Dr. Lénárt Ferenc tanárúr javaslatára inkább telepítési helyén mértük meg az antennát.
Az alapkoncepció nagyon egyszerű: egy adóantennával folyamatos jelet sugárzunk, miközben a mért antennát körbeforgatjuk, így a vételi jelerősség változása megegyezik az antenna iránykarakterisztikájának síkmetszetével.
Az egyetlen új hardverelem a CW jeladó volt, de ezt viszonylag gyorsan össze tudtuk rakni egy SI5351 modulból és egy “flowerpot” típusú, koaxkábelből készült dipólantennából. Mivel az antenna a 70cm-es sávban működött, az SI5351 kimenetének 3. felharmonikusát használtuk jelnek. A kimenet elvileg négyszögjel, ami harmonikusokban gazdag, bőven volt elég teljesítmény a 3. felharmonikusban is. Mivel négyszögjelet nagyon nem illik kisugározni, beraktunk egy 20 dB-s csillapítót a kimenet és az antenna közé, és csak a szükséges ideig kapcsoltuk be az adót. Ha lesznek további kísérletek, mindenképpen készítünk egy megfelelő alul- vagy sáváteresztő szűrőt. Az egész jeladó vidáman eljárt egy powerbankról.
A jeladót egy KPE csőre, azt pedig egy hangfal állványra helyeztük, amelyet úgy állítottunk be, hogy a vevőantennával egy szintben legyen. A távolság az adó és a vevő között kb. 5m volt, ami nem éppen optimális, de egy validációs méréshez elegendő.
A következő probléma a vételi jelerősség lineáris mérése, amelyhez kicsit átalakítottam a korábban QRM vadászatra készített RTL-SDR-es teljesítménymérő scriptemet. Az ISS lejövő frekvenciáját ugyanis korábban igen nagyon zavarta egy környékbeli DMR átjátszó periodikus adása, amely frekvenciában igen nagyon közel van hozzá. A script eredetileg egy RTL-SDR segítségével méri a jelszintet, és azt másodpercenként naplózza CSV formátumban. A DC tüske kiküszöbölésére félre van hangolva, és elvégez egy komplex keverést, decimáló aluláteresztő szűrőnek pedig egyszerű átlagolást alkalmaz.
Az RTL-SDR-es mérés legnagyobb előnye az volt, hogy hozzá sem kellett nyúlni az összeszerelt vételi lánchoz, csak az antennás dobozban lévő Raspberry Pi-n futó RTL-TCP-re kellett rákapcsolódni.
Meg kellett oldani még a forgató vezérlését is, ami már viszonylag triviális volt, mivel a wifis emulátornak köszönhetően a forgatónk “natívan” beszéli a rotctld protokollt. Az újonnan készített script a forgató ilyen vezérlésén túl összefogja a teljes mérés vezérlését is: megnyitja a TCP kapcsolatot az RTL-TCP felé, felkonfigurálja a vevő paramétereit, a megnyitott fájlleírót átadja olvasásra a teljesítménymérő scriptnek, majd felváltva vezérli a forgatót és méri a teljesítményt, végül naplózza a pozíció-jelszint adatpárokat.
A körbeforgatás a forgató limitált felbontása és a nagy zajszint miatt nem folyamatosan történt, hanem 5°-os felbontással. Ez a forgatóvezérlőnk minimális felbontása (mérni pontosabban is mér, így a pozíció naplózva pontosan van, de a motor “buta” on-off vezérlése miatt ennél kisebb eltérésre nem reagál a vezérlő). Minden pozícióban beállított ideig (pl. 1 percig) mérünk másodpercenként egy adatponttal, majd a következő pozícióra mozgunk.
A mérés alatt egy kicsit nehezebben megtalált hiba volt, hogy a mérő script és a forgatás párhuzamosan történik, így forgás közben is kapunk mérési eredményeket, amelyek viszont rossz pozícióban szerepelnek. Ezt úgy küszöböltem ki, hogy a mérés időbélyegét felhasználva a forgás után eldobtam minden olyan eredményt, amely régebbi, mint fél másodperc.
A körbeforgás az 5°-os felbontás és pozíciónként egy perces mérés miatt viszonylag lassú, egy-egy teszt alatt bőven meg lehetett ebédelni, amely tevékenység igencsak meghozza az ember kedvét további automatizáláshoz.
Amint sikerült a hibákat kijavítani, az első mérés máris látványos eredményt hozott, amelyet ábrázoltunk logaritmikus Descartes- és polár-skálán is:
Az ábrát elforgattam, töröltem a mérés végén kiugró adatpontokat, továbbá bejelöltem a várt -3 dB-s nyalábszélességet:
Látható, hogy a főnyaláb és az első két melléknyaláb jól közelíti a szimuláció eredményét:
A két görbét egymásra rakva:
Feltűnő eltérés, hogy a karakterisztika kicsit aszimmetrikus, amelynek pontos okát nem ismerem, de rá lehet fogni a mérési területet körülvevő sok fém mellett a hélixet rögzítő szerkezetre, vagy magára az árbócra is. Hasonló oka lehet annak is, hogy a nullhelyek sem olyan élesek, mint a szimulációban (illetve ezt még a vevő dinamikatartománya is okozhatja). A melléknyalábszint pár decibellel megnőtt, amelynek pontos okát szintén nem tudom, de tény, hogy a kiexportált szimuláció egy picit nagyobb reflektorral készült, bár ennek nem kéne, hogy ekkora hatása legyen. Látható továbbá, hogy a mérés dinamikatartománya nem elég nagy, és így az előre-hátra viszonyt, illetve a hátrasugárzást nem tudtuk mérni.
A számunkra leginkább lényeges paraméterek, azaz a főnyaláb paraméterei, viszont jól követik a várt értékeket. A mérés csak megerősítette azt, hogy az antenna a vártnak megfelelően működik, amit eddigre a gyakorlatban már többször bizonyított.
A projekt során értékes tapasztalatokat szereztünk az antennák méréséről, a módszer pedig kisebb-nagyobb módosításokkal felhasználható akár más antennák mérésére is – igaz a forgatóra fel- és leszerelés munkaigényes.
A projekthez kapcsolódó scriptek és adatok a projekt github oldalán találhatóak: https://github.com/simonyiszk/ha5kfu-leo-project/tree/main/iranykarakterisztika_meres