QSO EME

(articolo inviatomi da I1ANP Mario alla fine degli anni '90)

Il principio  e'  molto  semplice,  si   dirige l'antenna  verso  la luna  e si trasmette,  il segnale riflesso dal  satellite naturale, ritorna verso la terra e  puo' essere  ricevuto in ogni punto della stessa, che in quel momento e' in portata ottica con la luna.

Il primo contatto radioamatoriale risale al 1960, in luglio tra due stazioni americane, W6HB e W1BU in 1296 MHz. 
 

Il primo qso intercontinentale in 144 MHz, avvenne nell'aprile 1964, tra OH1NL in Finlandia e W6DNG negli Stati Uniti.

Durante questi  anni, per  questo nuovo modo di propagazione,  venivano  usate istallazioni  radio astronomiche di grande potenza e grandi parabole come antenne(Universita' di Stanford,WA6LET), (radiotelescopio di Arecibo a Portorico, KP4BPZ) in particolare Arecibo disponeva di una  parabola naturale di 300 metri di diametro, (il piu' grande conosciuto).

Solo negli anni 70, sono comparse le prime stazioni non commerciali, in questo nuovo tipo di traffico.  La costruzione di una stazione EME, deve essere condotta con il massimo  interesse e curata nei minimi particolari.

Molti fattori, diciamo statici, concorrono alla riuscita

•    Attenuazione di tratta
•    Frequenza
•    Rapporto segnale/rumore
•    Potenza di trasmissione
•    Guadagno d'antenna

L'attenuazione di tratta e' la diffusione di un segnale radio nello  spazio libero.
Qui devo aprire una parentesi per rendere l'idea.

L'antenna; prendiamo l'ISOTROPA, che e' l'antenna da laboratorio, difficilmente riproducibile nella realta', in quando essendo puntiforme,irradia sferoidalmente in tutte le direzioni, e' la pietra di paragone nei guadagni in dB delle antenne in generale, guadagno 0 dB.

Quando leggete di un'antenna: 6 dBi, sapete che quell'antenna ha un guadagno di  6dB rispetto all'isotropa, il dipolo mezz'onda comincia ad essere  un'antenna direttiva, difatti guadagna 2,15 dBi, questo perche', per  ottenere questo guadagno, in due direzioni preferenziali, quelle del  dipolo appunto, ho tolto segnale dallo schema di base, la sfera appunto dell'isotropa, riducendo nel caso del dipolo, la vecchia sfera a due  gocce, praticamente un 8 tondo, con il dipolo al centro. 

Proseguendo, aggiungo al dipolo un riflettore, limito da quella parte una  goccia dell'8, mandando buona parte di questa goccia a riversarsi sulla  goccia rimasta, accrescendola ed il guadagno aumenta in quella direzione, a scapito delle altre direzioni, se poi metto uno o piu' direttori, davanti  al dipolo, questa goccia si allunga dimagrendo, ma concentrando guadagno  sempre nella direzione in cui ho messo gli elementi.

Non bisogna dimenticare MAI, che per ogni antenna che facciamo, abbiamo sempre e solo una sfera da  modificare e per ottenere maggior guadagno, bisogna aggiungere altre sfere  modificate, pertanto ottenere un guadagno superiore al massimo conseguibile  con ogni sfera non ci e' consentito, solo UNO, molti anni fa' moltiplico'  pani e pesci, non credo ci fossero antenne a quei tempi.

Naturalmente non ho parlato di tutti i lobi secondari che ci sono in una antenna direttiva e che sottraggono al lobo principale segnale utile,ricordate pero' che  la somma di tutti questi lobi piu' quello principale,  vi riportano al totale del segnale presente all'inizio nella sfera dell'isotropa, che ricordo irradiava in tutte le direzioni sferoidalmente.

Come diceva I5TDJ Piero; la perdita nello spazio "libero" e' semplicemente la diluizione della potenza dell'onda radio che si espande sfericamente allontanandosi dall'antenna.

Per meglio comprendere ancora la cosa, facciamo l'esempio di un palloncino colorato, quando e' poco gonfiato, ha un colore molto intenso, se lo gonfiamo  di piu', aumenta di dimensioni ed il colore, distribuito su una superfice maggiore, diventa meno intenso. 

Cosi' la potenza dell'onda radio, che si  propaga da un'antenna, allontanandosi si distribuira' su una superfice piu'  o meno sferica sempre piu' grande, per cui la densita' di potenza su' un  metro quadro di superfice sara' sempre piu' piccola, mentre aumenteranno i metri quadri interessati.

Alle varie frequenze usate dai radioamatori via luna, corrisponde una attenuazione di tratta :

La differenza tra perigeo e apogeo e' di 2 dB, nel contesto del traffico via luna, la differenza tra sentire e non sentire. Il valore tipico del perigeo 360000 km ( SD = 16.5 ) l'apogeo e' oltre 400000 km.

Con queste enormi attenuazioni si puo' calcolare l'attenuazione totale in base alle nostre apparecchiature disponibili.

Ometto le formule, che sono comunque a disposizione. Oltre a cio' la superfice lunare non e' adatta, data la sua conformazione  ad essere un buon riflettore, da esperimenti e calcoli fatti (in 144 MHz), solo il 7 per cento del segnale inviato sulla luna ritorna verso la terra, questa proporzione varia con la frequenza ed e' piu' favorevole per le  frequenze piu' basse. In microonde e' solo del 5 per cento. 

Questo valore e' legato alla natura della superfice lunare ed e' costante,cioe' non cambia nel tempo.

L'angolo di incidenza migliore tra le stazioni in collegamento, dovrebbe
essere il solito, 45 gradi.Prendero' in esame la frequenza dei 144 MHz, attualmente la banda di maggior densita' a livello di stazioni presenti e le minori difficolta'  di ottimizzazione dei vari circuiti.

Un esempio a caso, del calcolo segnale / rumore:

Calcolati questi valori risulta  :

Pertanto avremo nell'esempio appena fatto, la possibilita' di ascoltare il segnale 1,64 dB sopra al rumore. 

Migliorando poi alcune delle caratteristiche sopra adoperate per l'esempio,si ottengono risultati migliori, come per contro peggiorandole si va incontro a risultati peggiori.

Il ricevitore; deve essere il piu' possibile sensibile e selettivo, con il miglior rapporto segnale/rumore possibile, il preamplificatore deve avere un buon guadagno atto a compensare le perdita dalle antenne al ricevitore e un ottimo rapporto segnale/rumore, (NF, dall'inglese noise figure).

Attualmente in 144 MHz si riesce a scendere sotto il dB di NF, agevolmente.

Gli eventuali rele' di commutazione del preamplificatore, devono essere di ottima qualita', con basse perdite di inserzione ed alto isolamento tra le porte, eventuali perdite di isolamento e cosi' passaggi di radiofrequenza, portano alla distruzione del preamplificatore.

Ogni moderno ricetrasmettitore VHF e' adatto allo scopo, magari integrato con l'aggiunta di filtri e dispositivi.

Ho fatto qso via luna anche con l' FT290R.

Secondo i testi, e' possibile avere il 100 per cento delle possibilita' di  collegamento, solo tra stazioni con 8 antenne ciascuna, tra una da 4 e una  da 16, ( bisogna ricordare che quando sono stati scritti, la tecnica era a  livelli ora sorpassati, infatti oggi con la commercializzazione a basso costo di vari componenti, anni fa inaccessibili ai radioamatori, e' possibile ottenere buoni risultati con condizioni minori e fortunatamente si abbassano continuamente).

L'inseguimento della luna e' molto importante, nel mio caso, con 4 antenne,
uno spostamento di 3/5 gradi non permette l'attivita'.

La luna segue un'orbita ellittica attorno alla terra, dentro l'orbita, la stessa, raggiunge una velocita' per noi che la osserviamo di circa 1575 Km/h, questo causa un effetto di spostamento del segnale in frequenza da circa 300 Hz + a 300 Hz -, dalla frequenza di trasmissione, chiamato effetto Doppler.

Doppler positivo, quando la luna sorge e si avvicina a noi, minimo allo  zenith, negativo dallo zenith verso il tramonto e sale con il salire della frequenza utilizzata, 300 HZ in 144 MHz, 30 KHz a 10 GHz, pertanto c'e' la possibilita' di inviare un segnale sulla luna e di non trovarloal ritorno in quanto spostato dall'isoonda.

Siccome l'area di cattura e l'apertura in gradi degli impianti d'antenna, sono nella maggioranza piu' grandi del diametro della luna, oltre alla luna l'antenna vede oppure sente, anche lo sfondo del cielo in quel momento presente dietro la stessa, sempre dal nostro punto di osservazione, questo per dire che normalmente la temperatura del rumore sulla luna raggiunge i 170 gradi Kelvin. 

Quando, sempre dal nostro punto di osservazione, dietro ci sono costellazioni come Orione, i Gemelli, nell'emisfero nord, lo Scorpione, il Saggittario, nell'emisfero sud, la temperatura ed ovviamente il rumore ricevuto  sale anche ad oltre 3000 gradi Kelvin, peggiorando o addirittura impedendola ricezione dei segnali.

Lo stesso problema esiste nel periodo di luna nuova, cioe' quando la luna e' vicina al sole, infatti con il mio impianto di 4 antenne, non riesco ad  ascoltare segnali entro i 15 gradi di vicinanza fra i due corpi celesti.Tra i fattori piu' significativi, trascurati dai calcoli precedenti, c'e' il Ground Gain Reflection, dall'inglese, Guadagno della Riflessione di  Terra.

Il G.G.R. e' dato dai segnali diretti e quelli riflessi dal suolo che si  combinano in fase in alcuni angoli verticali. Per una data altezza dal suolo dell'antenna, possono essere calcolati gli angoli ai quali si formano lobi sul piano verticale.

Se il suolo fosse un riflettore perfetto, il guadagno offerto sarebbe di 6 dB.

Per i radioamatori che vivono in zone di campagna o periferiche alle grandi citta', e'guisto aspettarsi guadagni variabili da 3 a 5 dB, quando l'antenna e' puntata sull'orizzonte.

Gli angoli verticali precisi ai quali si formano i lobi, dipendono dall'altezza dell'antenna e dal suo diagramma di irradiazione.

Il Ground Gain a 144 MHz, decresce rapidamente all'aumentare dell'angolo di elevazione, non oltre i 10/12 gradi, inoltre esso decresce con la  lunghezza d'onda a causa della caratteristica dielettrica del terreno.

Questo fenomeno e' molto piu' utile a 144 MHz, che alle frequenze superiori.

La terra produce normalmente rumore ( radiazione del corpo nero ) di circa 290 gradi Kelvin, su tutto lo spettro, a 432 MHz, il rumore celeste e'normalmente ben sotto i 100 gradi Kelvin, quindi puntando l'antenna dal cielo verso l'orizzonte, avremo un incremento del rumore di 5 dB o piu', in 144 MHz, benche' il minimo rumore celeste sia di 170 gradi Kelvin, nella pratica si incontrano valori ben piu' alti, specialmente nelle aree urbane.

W2RS Ray, nelle sue esperienze con un'antenna, posta a 9 metri dal suolo, ha rilevato due lobi principali di riflessione sul piano verticale ( G.G.R.): uno a 3,5 gradi di altezza sull'orizzonte e l'altro a 10,5 gradi sempre sull'orizzonte.

L'esperienza acquisita, anche dai qso non completati, lo  portano a concludere che il G.G.R. puo' rendere possibile un qso quando la luna e' nel lobo inferiore (3,5 gradi), anche con un rapporto S/N previsto sino a -5,5 dB!

Quando il rapporto S/N previsto e' -3 dB o migliore, sono stati possibili qso anche nel lobo a 10,5 gradi. La cifra di rumore piu' bassa raggiunta da W2RS, durante i suoi qso e'  stata di circa 295 gradi Kelvin, mentre la piu' alta,  (durante il suo primo qso eme) ha raggiunto i 595 gradi Kelvin. Ricordo che Ray adopera una  singola yagi 19 elementi, lunga 3,2 lambda, ( circa 6,50 metri) a 9 metri d'altezza e 160 watt allo stato solido.

Naturalmente stazioni che adoperano grandi gruppi di antenne, a causa del fascio estremamente stretto possono sfruttare solo un paio di dB di G.G.R., che rapportato agli alti  guadagni degli impianti e' comunque un buon incremento.

EA3DXU (sk) Jose', che lavorava normalmente via luna con due antenne accoppiate, ha sfruttato il ground gain, dal suo qth, sopra i dieci gradi.

Infatti, lui ha una collina a trecento metri da casa, che in condizioni di luna favorevole in quella direzione, gli permette riflessioni aggiunte da 8 gradi a quasi 20 gradi di elevazione, naturalmente la collina preclude i primi 8 gradi di visibilita' della stessa, in quella direzione la luna per lui e' visibile dopo gli 8 gradi di elevazione e sfruttando le riflessioni  multiple della collina, insieme al segnale diretto, ottiene degli incrementi sia in ricezione che in trasmissione.

Il G.G.R. da solo, non sembra essere sufficente a spiegare molti qsovia luna, devono esserci uno o piu' meccanismi addizionali che contribuiscono, uno dei piu' probabili e' l'incremento da librazione lunare.La librazione e' dovuta a piccole perturbazioni nell'orbita della luna nel suo percorso intorno alla terra.

Inoltre la sua superfice irregolare, con i vari coefficenti di riflessione che essa comporta, produce un' interferenza da tratta multipla, (variazione di fase) sulle onde radio riflesse, tenendo conto che la terra e la luna si muovono in relazione reciproca.

La librazione e' minima al sorgere ed al tramontare della luna, massima allo zenith.

Il risultato e' apparentemente un qsb ( evanescenza positiva o negativa )casuale, 
la velocita' del quale varia direttamente con la frequenza.

In base a cio' si producono brevi incrementi di segnale, sino a 10 dB sopra al normale livello, naturalmente corrispondenti abbassamenti di pari intensita'. 

Claus Neie DL7QY, stima che intensita' di segnale sino a 7 dB sopra e 17 dB
sotto il livello normale, si producano circa l'1 per cento del tempo e che livelli di 4,5 dB sopra e e 7,5 dB sotto, per il 10 per cento del tempo.

Le esperienze dei pionieri dell'eme in 432 e 1296 MHz, dove i picchi di segnale ricorrono ogni 0,1/0,4 secondi e durano un secondo o meno a seconda  della frequenza usata, li convinsero che la librazione a quelle frequenze non e' altro che un supplizio per l'operatore.

In 144 MHz invece, il qsb da librazione, puo' essere estremamente utile ai fini del qso.

Personalmente nella mia attivita', ho riscontrato aumenti di segnale o presenze, se prima non era ascoltabile, per durate variabili fino a 4/5 secondi, sufficenti ad ascoltare i nominativi, rapporti, ecc. .

A questo va' aggiunto il problema della rotazione di Faraday, dal nome di chi l'ha scoperta, cioe' nella partenza del segnale e nell'arrivo dello  stesso sulla terra. In pratica nell'attraversamento dell'atmosfera terrestree del campo magnetico terrestre, subisce una rotazione di fase, pertanto se io ho delle antenne polarizzate orizzontalmente e per effetto della rotazione di fase, il segnale in arrivo assume una polarizzazione verticale, non ascoltero' nulla, in quanto la differenza di polarizzazione porta  un'attenuazione rispetto al mio sistema tanto grande da far sparire il  segnale, si parla di oltre 15 dB e come dice SM2CEW, in un suo recente articolo, sono poche le stazioni che possono permettersi 15 dB di attenuazione in piu'.

La variazione di polarizzazione e' molto piu' lenta in emeche nel traffico via satellite, questo anche per effetto della velocita' relativa. In eme a volte per piu' di mezz'ora la polarizzazione e'  nell'altro modo in 144, in 432 a volte piu' di un'ora, impedendo l'ascolto alle stazioni polarizzate diversamente.

Durante un contest Italiano eme ho fatto esperienza con una sola antenna, ( 4,4 lambda DJ9BV autocostruita, circa 9 metri di lunghezza, polarizzata orizzontale ) ho totalizzato 12 qso con stazioni differenti, la stazione piu' piccola che ho collegato aveva 6 yagi polarizzate orizzontali, ho  ascoltato anche stazioni da 4 yagi, ma non sono stato ricevuto da loro,d'altronde l'esperienza e' durata solo un fine settimana, sicuramente avreiottenuto maggiori risultati aumentando il tempo dell'esperienza.

Nello sviluppo delle procedure dei contatti via luna, si adopera in  prevalenza il CW come sistema di ricetrasmissione, in quanto i segnali sono  normalmente molto bassi, occasionalmente la SSB .

La velocita' usata in cw varia da 15 a 50 lpm, perche' una velocita' diversa da questi limiti, con segnali molto bassi, porta, in caso si vada piu'  veloci, ad una incomprensibilita' non riuscendo a distinguere gli spazi tra  una lettera e l'altra, avviene praticamente un "impastamento" dei segnali,(come precedentemente spiegato) nel caso si vada piu' lenti, per il medesimo problema una lunghezza eccessiva delle linee dell'alfabeto morse, sempre inpresenza di segnali molto deboli, porta foneticamente ad ascoltare inveceche una linea una serie di punti, questo sotto la sommatoria dei vari ritardi nella riflessione lunare, del segnale di ritorno sulla terra ( comedetto prima la luna non ha una superfice uniforme, anzi..).

In 144 MHz, la banda di frequenza assegnata in esclusiva al traffico eme, va da 144.000 a 144.035 MHz, ma fortunatamente, dato l'espandersi di questo tipo di trafico, le stazioni sono presenti anche sopra a .035.

Poiche' come detto prima i segnali sono quasi sempre molto deboli, e' stata adottata dai radioamatori una procedura di rapporti diversa dalla normale in uso RST.

Si chiama: T M O 

Nella procedura del traffico su appuntamento, la stazione che delle due e' piu' ad EST, parte per i primi due minuti dell'ora, in trasmissione, mentre l'altra ascolta e viceversa, questo riguarda i 144 MHz, mentre per i 432 MHzil periodo e' di 2,30 minuti.

Il qso via luna, due le possibilita', via appuntamento detto anche sked,oppure casuale detto random.

Lo sked; viene concordata l'ora,la frequenza, chi parte per primo e la durata. Normalmente lo sked dura mezz'ora, salvo allungamenti per terminare  il qso, i periodi sono di due minuti, nella procedura standard random, riferito ai 144 MHz viene adoperato periodo di un minuto.

Dunque, ho un appuntamento con una stazione (es. W5UN) alle 18.00z sulla frequenza di 144...., siccome la stazione ad est delle due sono io, parto a  trasmettere dalle 18.00 alle 18.02, ripeto continuamente  W5UN de I1ANP...K poi passo all'ascolto dalle 18.02 alle 18.04, se lui  non mi ha ascoltato, mi chiamera' per i suoi due minuti, come ho fatto io I1ANP de W5UN...K, io
se non lo ascolto ripeto la procedura nel mio periodo successivo, succede a volte che per la mezz'ora dello sked ci si chiami entrambi senza ascoltare niente, l'orario finisce e si cerchera' un'altro sked per ritentare.

Se invece mi ha ascoltato, nel periodo successivo in cui trasmettera' mi inviera' per un minuto e mezzo i nominativi e l'ultimo mezzo minuto mi passera' i rapporti, normalmente le ooooooo..K, se io non ascolto proseguo con la vecchia procedura, se invece ascolto i nominativi e le ooo, nel mio periodo di trasmissione mando alcune volte i nominativi e poi le ro ro ro per il resto del periodo, ripetendo in fondo i due nominativi, ricordarsi sempre alla fine di ogni periodo la K finale. Se lui non mi ha ascoltato continuera' con le ooo ed io ripetero' l'ultimo messaggio, oppure mi ha ascoltato e allora dopo aver ripetuto i nominativi mi inviera' le RRRR...K.

Ascoltate le sue RRR, nel mio periodo di trasmissione successivo, anch'io dopo aver ripetuto i nominativi, passo le RRR, il qso e' finito, normalmente se c'e' ancora tempo, ci si passa i 73, saluti ed altri messaggi, questo se le condizioni lo permettono.

Nel qso random, solita procedura, se si ascolta una stazione che chiama CQ, quando passa in ascolto io la chiamo ripetendo il suo e il mio nominativo, ecc.,ecc., se il periodo e' di un solo minuto, la procedura non cambia, solo si condensa un po', mezzo minuto o piu' di nominativi ed il resto i rapporti.

Vi ho presentato molti dei fattori a noi conosciuti, che possono aiutarci a raggiungere il successo nel traffico EME in 2 metri, c'e' ancora molto da fare per capire tutti i meccanismi dell'EME in 144 MHz, piu' lavoro faremo e piu' saremo in grado di utilizzare nel futuro le conoscenze cosi' accumulate.

Per terminare, questo tipo di traffico permette di migliorare le proprie conoscenze e capacita' tecniche e di condurre una stazione, che se anche di piccole dimensioni, e' come dicono gli americani " allo stato dell'arte" naturalmente una stazione EME funzionera' anche nel traffico normale, anzi sicuramente meglio di molte altre che, apparentemente sono di levatura e caratteristiche superiori, ma in pratica non ottimizzate, pertanto funzionanti ad un  rendimento  inferiore alle loro potenzialita'.

Durante la mia attivita' via luna ho collegato fino ad ora piu' di 300 stazioni differenti dei 6 continenti, di queste piu' di una decina hanno due antenne, ho collegato piu' volte anche una stazione con un'antenna  soltanto e ne ho ascoltate altre, sempre con un'antenna, che spero di  collegare presto, inoltre ne ho ascoltate una cinquantina ancora da collegare con impianti da due antenne in su.

In base all'esperienza fatta, con un'antenna yagi direttiva lunga minimo 3,6 lambda( es. 17 tonna, dj9bv, 20 shark, 18cc, 17b2,) e un centinaio di  watt, con preamplificatore, in condizioni normali ed al perigeo, si possono ascoltare e collegare stazioni con 8 antenne o piu', un elenco minimo di  stazioni attive attualmente(situazione a metà degli anni 90):
EA6VQ 8 yagi, I2FAK 16 yagi, IK3MAC 30 LLY, F3VS (sk)24 yagi, SM5FRH (qrt)32+32 yagi
HB9Q 8 yagi, DL5MAE 8 yagi, RU1A 12 yagi, OH7PI 8 yagi, UZ2FWA 8 yagi,
JL1ZCG 8 yagi, W5UN 46 yagi, KB8RQ 24 yagi, VE7BQH 332 el.collineare, 
VE3BQN 8 yagi, ne dimentico molti, senza contare quelli con 6 yagi o meno 
che sono la maggioranza.
Oggi in Italia sono presenti piu' di 70 Stazioni E.M.E. attive .
Spero che quanto sopra  possa contribuire  a farle aumentare.

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