Şimdiye kadar hep yukarıda olup bitenleri anlattık bu bölümde biraz da Yer istasyonlarımızda durum nedir, iletim hatları, kablo kayıpları, SWR konularına bakalım. Yer istasyonları anten modülü, anten modülüne bağlı uydudan gelen “beacon” sinyalini algılayan arama modülü, alma ve gönderme modüllerinden oluşur.

Ayrıca karasal haberleşme şebekesiyle bağlantıyı sağlayan altyapı ve sistem monitörleme modülleri de bulunmaktadır. Yer istasyonu sayesinde amatör uydu haberleşme sistemindeki tüm parametreler (güç, uydunun yörüngesi, yer terminalleri parametreleri, EIRP vb.) monitör ve kontrol edilebilir.

Böylece olağandışı durumlarda sistemdeki aksaklıklar monitör edilip, gerekli önlemlerin alınması sağlanmış olur.

Resim-1. Her amatör kendi istasyonunda mutludur. Serenay USLU (TA2ISU)

Amatör uydu haberleşme sistemlerinde antenlerimiz ile almaç-göndermeç birimlerimizin arasındaki iletim hattının kalitesi büyük önem arz etmektedir. Bu tür sistemlerde temel kural iletim hattında kullanılacak RF kablonun mümkün olduğunca az kayıplı kablo seçilmesidir. Kablo seçiminde temel olarak aşağıdaki kriterlere dikkat edilir.

1. Kablo empedansı (  50 Ohm ),

2. Kullanılacak frekans bandına göre 100 metredeki kayıp (dB),

3. Işıma hızı,

4. Sinyal gecikmesi,

5. RF ve doğal koşullara karşı koruma zırh tipi.

Anten sistemlerimizin idealde 50 Ohm olduğu düşünüldüğünde iletim hattımızın kablo empedansı da 50 Ohm olması gerekir. Bir TX iletim hattında idealde 3 dB’lik zayıflama üzerindeki değer kabul edilebilecek bir değer olmamakla beraber; sistemin çalışmasına engel teşkil etmemektedir.

Bir TX iletim hattında 3 dB’lik kablo kaybı o iletim hattına göndermeç birimimizden gönderilen RF gücünün anten sistemine yarısının iletilmesini ifade eder. Yani bir başka değişle 3 dB’lik kayıp toplam RF gücü yarıya düşürür. Örnek:

Resim-2. İletim hattı, güç ve kayıplar.

Yukarıdaki örnekte belirtildiği gibi iletim hattının uzunluğu arttıkça buna paralel olarak kablo kaybı da artacak ve gönderilen RF gücü azalacaktır.

Yine bir RX iletim hattı idealde 3 dB zayıflama üzerindeki değerler iyi bir değer olamamakla beraber; bu kayıp RX hattına eklenebilecek LNA (Low Noise Amplifier) ile tolere edilebilir. Örnek:

Resim-3.  İletim hattı, güç ve kayıplar.

Yukarıdaki verilere göre sistemimizde LNA birimi mevcut olduğu durumda almaç cihazının anten konektöründeki sinyal seviyemiz;

KUOD + LNA Kazancı = -23+26 =+3 dBm olur.

Bir başka değişle -20dBm’lik herhangi bir RX seviyeyi (sinyal) LNA sayesinde 3 dBm kadar yükseltmiş olur. Yani 3 dB’lik yükselme demek 10 kat artırmak anlamına gelir. Amatör uydu haberleşme sistemlerinde kullanılacak anten sistemlerine LNA birimi eklenecek olur ise istasyonun almaç hassasiyeti büyük ölçüde artmış, dolayısı ile kablo kayıpları en aza indirgenmiş olur.

Resim-4. Amatör uydu çalışmalarında kullanabileceğiniz kablo örnekleri ve özellikleri.

Bir anten sisteminin band genişliğini; gelen dalgaya göre yansıyan dalganın oranı cinsinden belirlemek yaygın yöntemlerdendir. Bu yöntemin temeli duran dalga oranının (SWR) ölçümü olmuştur.

SWR’nin ölçümü; İletim hattına seri bağlanan bir ölçüm cihazı ile kolayca yapılabilir. SWR’nin değeri yansıyan dalga genliğine belirgin bir bağlantı sağlar. Basit bir anten için SWR < 3’tür. Demet anten sistemlerinde SWR değeri üst sınırı 2 olarak kabul edilebilir.

Gelen dalgalar yayılma ortamında özelliklerinden farklı bir ortama rastladıklarında yansıyarak girişim yaparlar ve duran dalgaları oluştururlar. Yansıma katsayısı hesabı için;

Yansıma Katsayısı = SWR – 1 / SWR + 1 şeklinde ifade edilir.

Yukarıdaki formüle göre, SWR küçük olursa yansıma katsayısı küçük olacak ve gelen dalgaların daha büyük bir kısmı elektrik dalgasına dönüşecektir. Yayılma ortamını sona erdiren noktadaki yük empedansı uygun büyüklükte ise ortam yük ile uyumludur.

Yayılma ortamı ile yük arasındaki uyumsuzluk yansıyan dalgaların genliğini veya SWR cinsinden değerini belirler. Kısaca anten sistemlerinde SWR durumunu aşağıdaki faktörler belirler.

1. İletim hattı empedansı,

2. Anten empedansı,

3. Çevresel faktörler,

4. İletim hattındaki kablo ve konektör sonlandırmalarının kurallara göre yapılması.

Yukarıdaki faktörler göz önüne alındığında iletim hattının ucundaki anten sistemine olabilecek maksimum RF gücünün yollanması ve SWR metre adı verilen ölçüm cihazı ile geri dönen RF gücünün minimum olarak görülmesi beklenir. Yansıyan gücün yüksek olması durumunda; Öncelikle kablo sonlandırılmaları kontrol edilmeli, daha sonra kablo ve anten empedanslarının kontrolü gerekir.

(Video. SWR konusunun görsel animasyonla anlatımı)

Almaç-göndermeç cihazının anten bağlantıları sökülerek anten analizör cihazı bağlanarak iletim hattı ve anten sisteminin toplam empedansı kontrol edilebilir.

Anten Önyükselteci  (PreAmplifikatörü)

Düşük gürültülü yükselteç (Low Noise Amplifier-LNA) adıyla da anılan bu cihaz, antenden gelen son derece zayıf sinyalleri yükselmektir. Bu yükselteçler özellikle antene olabildiğince yakın bağlanır. Bu sayede iletim hattında oluşabilecek gürültülerin de aynı şekilde yükseltilmesinin önüne geçilmiş olur.

Resim-5. Karadeniz üzerinden uzaklaşmakta olan ITUpSAT-1 ve DVB-T/SDR’de izlenen sinyali.

Karasal haberleşme sırasında çok elzem olmasa da, uydu haberleşmesi söz konusu olduğunda bu cihazların önemi bariz bir şekilde artmaktadır. Hem oldukça fazla bir iletim yolu bulunması, hem de amatör uyduların çıkış güçlerinin görece zayıf olması nedeniyle yere ulaşan sinyaller çoğu zaman amatör bir alıcıda istenen sinyal seviyesine ulaşamamaktadır.

Resim-6. Çatıda bulunan ve denemelerde kullandığım EggBeater isimli turnstile anten.

Antenlerin belli fiziksel sınırları vardır. Anten boyutları büyüdükçe hem antene yer bulmada, hem de antenin kontrolüne sorunlar artmaya başlar. Ayrıca her amatörün de bahçesine, balkonuna veya çatısına devasa antenler yerleştirebilme şansı ne yazık ki pek yoktur.

Resim-7. EggBeater antenin PVC borudan dipliğinin içine yerleştirilmiş ve Fantom beslemeli Pre-Amp. İletim hattı 25 metre.

İşte bu noktada anten önyükselteçleri bize çok büyük avantajlar sağlamaktadır. Antenimizin balkonumuza sığmasını sağlayacak kadar küçük olmasına veya basit bir yönlendirme düzeneğiyle kontrol edilebilecek makul boyutlarda kalmasına yardımcı olabilir.

Resim-8. Gönderme sırasında gelen yüksek güçlü RF enerjisine karşı koruma sağlayan bir anten önyükselteci. Devre Murat KAYA (TA7AKA) tarafından TAMSAT AR-GE için geliştirilmiş, üretilmiş ve test edilmiştir.

Bununla birlikte Ay’ı yansıtıcı gibi kullanarak yapılan haberleşme (Earth/Moon/Earth-EME) çalışmasında da oldukça faydalıdır.

Anten Önyükselteci Özellikleri

Anten önyükselteçleri özünde basit yapılı cihazlardır. İstenen kazanç belirlendikten sonra bu amaca ulaşmak için mümkün olduğunca az eleman kullanılmalıdır, çünkü çok fazla (özellikle aktif) elemanlar gürültüye neden olurlar. Bu yükselteçlerde aktif eleman olarak genellikle çok düşük gürültülü yeni nesil alan etkili transistörler kullanılmaktadır.

Yakın zamana kadar GaAs FET elemanlar kullanılırken şimdilerde, çok daha iyi özelliklere sahip olan HEMT ya da HJ-FET türü elemanlar tercih edilmektedir. HF ve VHF bandı için çift gate MOSFET’ler de kullanılabilirken, biraz gürültünün çok sorun olmayacağı uygulamalarda MMIC’ler de kullanılabilirler.

Antenden gelen sinyaller oldukça geniş bir bantta olabilir. Bununla birlikte yakın çevredeki güçlü vericiler de antenimizde enterferansa neden olur. Bu nedenle önyükseltecimizin giriş kısmına seçici bir devre koymak oldukça faydalıdır.

Bu seçici devre aynen bir at gözlüğü gibi önyükseltecimizin sadece ilgilenmesi gereken frekansa bakmasını sağlayacaktır. Bazı durumlarda genel amaçlı ve çok geniş bantlı anten önyükselteçleri de yapılabilir. Bu cihazlarla birlikte istenen frekansa uygun harici bir seçici kat (filtre katı) kullanılır. Farklı bir frekansta çalışmak için de haricen takılan bu seçici katın değiştirilmesi yeterli olacaktır.

Resim-9. TAMSAT AR-GE çalışmaları sırasında geliştirilen ve 437MHz’de çalışan bir anten önyükselteci. Dizayn Murat KAYA (TA7AKA).

Anten önyükselteçleri çalışma gerilimlerini ayrı bir güç girişinden alabilecekleri gibi RF sinyalin taşındığı iletim hattından da alabilirler.

İkinci yöntem alıcı ile anten arasındaki kablo sayısını azaltacağı gibi ekstra güç girişi (cihaz kutusunda fazladan delik) de olmayacağından anten önyükseltecinin hava koşullarına karşı dayanıklılığını da arttırır.

Resim-10. TAMSAT AR-GE çalışmaları sırasında geliştirilen bir başka anten önyükselteci. Dizayn Murat KAYA (TA7AKA).

Hem fiziksel dayanıklılık hem de RF yalıtımı sağlamak açısından anten önyükselteçleri metal kutular içerisinde bulundurulurlar.

Resim-11. Kazanç ve gürültü oranları aynı sinyal üzerinde rahatça görülebilir.

Anten önyükselteçlerinin iki önemli parametresi bulunmaktadır. Bunlardan ilki kazanç, ikincisi ise gürültü oranıdır. Uydu izleme çalışmalarında hem dual Moxon hem de EggBeater kullanmaktayım.

Pre-Amp olarak ise TAMSAT AR-GE çalışmalarında Murat KAYA (TA7AKA) Beyin dizayn ettiği düşük gürültülü pre-amp, antenin hemen altında yerleştirilmiş vaziyettedir. Kapsama alanlarının uç noktalarına kadar uydu sinyallerini rahatça izleyebilmekteyim.

Yukarıdaki resim kullandığım bu pre-amp çalışması ile ilgili olarak gürültü ve kazanç seviyesinin dört değişim durumdaki waterfall ekranını göstermektedir. En alt sırada bulunan koyu waterfal görüntüsünde PreAmp kapalı bir üst adımda ise açıktır.

Üçüncü sırada DVB-T/SDR uygulamasının “RTL AGC” açık dördüncü ve en üst sırada ise “Tuner AGC“nin de açık durumu göstermektedir. Üst kısımdaki iki bölümde kazanç artıyor gibi görünse de istenmeyen arka plan gürültüsünün de (beyazlık) artışı açıkça görülmektedir.

Kazanç (Gain) 

Önyükseltecin kullanım amacı kazanç sağlamaktır. Bu nedenle bir önyükselteçte ilk dikkat edilen konu bu olur.

Kazanç, önyükseltecin girişine uygun frekansta bir sinyal uygulandığında, çıkışında elde edilen sinyal genliğinin girişine uygulanan sinyal genliğine oranı olarak verilir ki genellikle “dB” türünden ifade edilir.

Gürültü (Noise Figure – NF)

Bir anten önyükseltecinde dikkat edilmesi gereken ikinci önemli unsurdur. Bu değer önyükseltecin kendi yapısından kaynaklanan ve gelen sinyale kattığı sabit gürültü miktarını belirtir. Bu değer genellikle bant boyunca sabittir. Gürültü, etkisini alıcıda çalışılan frekansta sanki bir sinyal varmış gibi gösterir.

Özellikle çok düşük sinyallerle çalışılan uydu tekniğinde gürültünün ne kadar olumsuz rol oynadığı buradan anlaşılabilir.

Neyse ki günümüzde gürültü seviyeleri 0.3dB’e kadar gerileyebilmektedir. Bununla birlikte 1-2dB de bu gibi çalışmalarda kabul edilebilir değerlerdir.

Amatör Uydular ve Radyo Amatörlüğü – 1.Bölüm (Google Translate/English)
Amatör Uydular ve Radyo Amatörlüğü – 2.Bölüm  (Google Translate/English)
Amatör Uydular ve Radyo Amatörlüğü – 3.Bölüm  (Google Translate/English)
Amatör Uydular ve Radyo Amatörlüğü – 4.Bölüm  (Google Translate/English)
Amatör Uydular ve Radyo Amatörlüğü – 5.Bölüm  (Google Translate/English)