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Introdução

O Es'hail-2 é um satélite em órbita geoestacionária no slot 25,9° Leste para retransmissão de sinais de TV. O satélite foi lançado pela SpaceX para a Qatar Satellite Company a partir do Centro Espacial Kennedy nos Estados Unidos às 20:46 GMT de 15 de novembro de 2018. O Es'Hail-2 inclui dois transponders para radioamador, sendo os primeiros transponders radioamador em órbita geoestacionária (AMSAT Fase 4). Os transponders possuem uma área cobertura do Brasil à Tailândia.

No meio radioamadorístico o satélite Es'hail-2 é conhecido como QO-100 (Qatar OSCAR 100). O satélite possui dois transponders lineares, um transponder linear de banda estreita com 500 kHz de largura de banda para operações analógicas convencionais (CW, modos digitais e SSB) e um transponder de banda larga com 8 MHz de largura de banda para modos experimentais usando modulação digital e televisão amadora DVB.

Transponder Linear de Banda Estreita

Uplink: 2,400000 -- 2,400500 GHz
Downlink: 10,489500 -- 10,490000 GHz

Transponder Linear de Banda Larga

Uplink: 2,401500 -- 2,409500 GHz
Downlink: 10,491000 -- 10,499000 GHz

Mais informações sobre o QO-100 podem ser obtidas no site da AMSAT-DL.

Estação Terrena

A banda de radioamador de 10 GHz (faixa dos 3 cm) está logo abaixo da banda Ku de TV via satélite. Devido a proximidade, é possível utilizar antenas parabólicas e LNBFs desenvolvidos para a banda Ku para receber sinais do satélite QO-100.

Os principais componentes da estação terrena para recepção de sinais dos transponders do QO-100 são:

1. Antena parabólica
2. LNBF
3. Cabo de descida
4. BIAS-T
5. RTL-SDR
6. SDR

Antena Parabólica

Existem dois tipos de antenas parabólicas. As que usam refletores tipo prime-focus (foco primário) e as que usam refletores tipo offset (foco deslocado). A recepção de sinais de satélites para TV digital na banda Ku geralmente usa refletores tipo offset. Um excelente artigo sobre refletores offset pode ser encontrado no site do radioamador PY4ZBZ.

O diâmetro do refletor parabólico depende da elevação do satélite no local onde a estação será instalada. Para localidades com elevação abaixo de 10 graus, é recomendado um refletor de pleo menos 90 cm. A recepção dos sinais somente será possível se o local de instalação da antena tiver visibilidade desobstruída para o satélite.

Depois do sistema montado, a antena precisa ser apontada para o satélite Es'Hail-2. Algumas ferramentas online podem auxiliar no aponamento. Uma delas é o dishpointer. O apontamento é uma atividade manual que exige um pouco de paciência. Uma possibilidade é usar um laptop com software para SDR e ajustar o azimute e a elevação da antena para a máxima intensidade de sinal de um dos beacons do transponder de banda estreita do satélite.

LNBF

LNBF (Low Noise Block and Feeder) é um conversor de frequências de baixo ruído acoplado a uma antena tipo horn (corneta). O LNBF é projetado para ser instalado diretamente no foco de um refletor parabólico tipo offset e tem a função de converter frequências entre 10,7 GHz e 12,75 GHz para uma frequência intermediária (FI) entre 950 e 2150 MHz. O sinal da FI é transportado para o receptor de satélite usando um cabo coaxial de 75Ω.

Existem basicamente dois tipos de LNBFs para a banda Ku, os com oscilador local usando DRO (ressonador cerâmico) e os com oscilador local estabilizado por PLL. Os LNBFs com oscilador local usando DRO são os mais antigos e os com PLL são os mais modernos. A maior diferença entre os dois tipos está na estabilidade de frequência. Os LNBFs com PLL possuem estabilidade de frequência bem superior que os com DRO.

Para experimentos na banda de radioamador de 10 GHz é recomendável o uso de um LNBF com PLL devido à necessidade de maior estabilidade de frequência. Existem vários LNBFs com PLL no mercado. Um dos LNBFs disponível no comércio Brasileiro que oferece bons resultados na faixa de radioamador de 3 cm é o Greatek USO7103AX.

O LNBF para TV na banda Ku possui dois circuitos de entrada de amplificação de baixo ruído (LNA -- Low Noise Amplifier). Um circuito com uma antena na polarização horizontal e um segundo com uma antena na polarização vertical. A comutação entre as duas polarizações é feito por um tom de 22 kHz sobreposto à tensão de alimentação.

O LNBF divide a faixa de 10,7 GHz a 12,75 GHz em duas bandas com largura de 1 GHz. A seleção da banda é feita pela tensão de alimentação. A tabela abaixo mostra as combinações possíveis.

Quando usado para receber sinais do transponder de banda estreita do QO-100, os sinais entre 10,489500 e 10,490000 GHz serão convertidos para uma frequência intermediária (FI) entre 739,500 e 740,000 MHz. Um receptor SDR precisa sintonizar esse segmento para receber e demodular os sinais.

Os LNBFs com oscilador local tipo PLL são muito mais estáves que os que usam DRO, porém a frequências do oscilador pode variar mais de 40 kHz ao longo do dia devido às variações de temperatura. O problema pode ser mitigado de duas formas: 1) substituindo o cristal do PLL do LNBF por um TCXO ou mesmo um OCXO externo. 2) estabilizar a frequência usando o sinal do beacon BPSK do satélite. Cada opção tem vantagens e desvantagens. A opção de estabilização por software é a mais simples e elegante.

Cabo de Descida e BIAS-T

Os sinais recebidos pelo LNBF são enviados para o receptor por um cabo coaxial de 75Ω tipo RG-6 ou RG-59. Os conectores usados são do tipo F. O LNBF é alimentado pelo cabo através de um circuito injetor de tensão de corrente contínua (DC), normalmente chamado de BIAS-T. O BIAS-T pode ser adquirido ou montado. O diagrama esquemático de um BIAS-T é mostrado na figura abaixo.

Uma alternativa de baixo custo para o BIAS-T é um diplexer para sinais de TV terrestre e TV via satélite. Nesse caso, as conexões devem ser feitas conforme ilustração abaixo.

Para conectar o BIAS-T ao RTL-SDR será necessário usar um adaptador F-SMA e um segmento curto de cabo coaxial com conectores SMA. Atenção! Existem dois tipos de conectores SMA no mercado: Os SMA e os RP-SMA (polarização reversa). Equipamentos para WiFi usam conectores do tipo RP-SMA. O conector usado no RTL-SDR é o SMA e não o RP-SMA.

RTL-SDR

RTL-SDR é um receptor de baixo custo que foi originalmente projetado para recepção de sinais de TV digital terrestre (DVB-T). Porém o mesmo hardware pode ser usado como receptor em quadratura (IQ) para receber sinais entre 24 MHz e 1800 MHz com uma largura de banda máxima de 2400 kHz. Os sinais de RF são convertidos em sinais digitais por um conversor analógico-digital (ADC) de 8 bits e enviados para um computador via interface USB. Existem vários tipos de RTL-SDR no mercado. O indicado para o projeto da estação terrena é o RTL-SDR V3. Essa versão possui blindagem metálica, melhor dissipação de calor, maior estabilidade de frequëncia e conector de entrada tipo SMA.

SDR

Existem vários softwares para SDR compatíveis com o receptor RTL-SDR, mas atualmente o único software que implementa um estabilizador de frequência especificamente projetado para o QO-100 é o SDR Console, desenvolvido pelo radioamador Simon Brown, G4ELI. Detalhes sobre a configuração do SDR Console para o QO-100 podem ser obtidos nesse link.

Conclusão

O satélite QO-100 é o primeiro satélite com transponders radioamador em órbita geoestacionária. O satélite possui uma área de cobertura de aproximadamente 1/3 da área do planeta com extensão entre o Brasil e Tailândia, cobrindo todo continente africano, Europa, oriente médio e parte da ásia e Antártica. O satélite permite a experimentação nas faixas de amador de 2,4 e 10 GHz a custos bem reduzidos. A construção de uma estação receptora de baixo custo usando componentes disponíveis no mercado brasileiro foi apresentada, permitindo a recepção dos sinais do transponder de banda estreita do sátélite.

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