V3.2 Zwei Rundstrahlantennen, ein TRX plus SDR-RX

Niveau: K5 Analysieren

Zeitbedarf: ca. 40 Minuten

Einstiegsfrage:
Dein Transceiver kann nicht gleichzeitig senden und empfangen. Kannst du trotzdem im Vollduplex über einen Lineartransponder funken?

Die Idee

Dieses Konzept trennt Senden und Empfangen auf zwei Geräte. Der TRX sendet im Uplink-Band. Ein SDR-Empfänger hört gleichzeitig den Downlink.

So bekommst du Vollduplex, auch wenn dein TRX nur Halbduplex beherrscht. Für jedes Band gibt es einen Rundstrahler: einen für 2 m und einen für 70 cm.

Zwei Rundstrahler, ein TRX und ein SDR-Empfänger. Die Relais verteilen jedes Band auf TRX oder SDR. So arbeitest du im Vollduplex, auch wenn dein TRX das nicht kann. Eigene Darstellung nach Lipp (2017), Folie 20.

Die Bausteine der Kette

Bandpass

Der Bandpass lässt nur das gewünschte Band durch. Er hält starke Fremdsignale vom Vorverstärker fern, vor allem das eigene Sendesignal aus dem anderen Band.

Vorverstärker (LNA)

Der LNA (Low Noise Amplifier) hebt das schwache Satellitensignal an, bevor Kabel und Relais es dämpfen. Er sitzt deshalb am Mast. Auf VHF/UHF sind Rauschmasse von 0,5 bis 0,7 dB inklusive Relais üblich.

Kläre die Speisung: Erhält der LNA seine 12 V über das Koaxialkabel oder über eine eigene Leitung?

Endstufe (optional)

Reicht die Leistung des TRX nicht, folgt eine Endstufe im Sendeweg. Sie wird wie der LNA vom Sequencer geschaltet.

Umschaltrelais und Weichen

Pro Band wählt ein Relais, ob die Strecke zum TRX oder zum SDR führt. Eine Weiche (Diplexer) fasst 2 m und 70 cm für einen gemeinsamen Geräteanschluss zusammen. Eine zweite Weiche tut dasselbe für den SDR.

Ein Beispiel für Mode V/U (2 m hoch, 70 cm runter): Das 2-m-Relais führt zum TRX, das 70-cm-Relais zum SDR.

Der Sequencer

Ein Sequencer schaltet die Stationsteile in einer festen Reihenfolge, sobald du die PTT drückst. Erreicht Sendeleistung den LNA, bevor er überbrückt ist, wird er zerstört.

Beim Senden schaltet der Sequencer von innen nach aussen ein, beim Loslassen in umgekehrter Reihenfolge zurück.

Schaltreihenfolge eines Sequencers im Uplink-Band

Stufe	PTT gedrückt (Senden beginnt)	PTT losgelassen (Senden endet)
1	LNA aus dem Signalweg nehmen (Überbrückungsrelais)	Sender sperren (TX aus)
2	Endstufe einschalten (falls vorhanden)	Endstufe ausschalten
3	Sender freigeben (TX ein)	LNA wieder in den Signalweg schalten

Zwischen den Stufen liegt jeweils eine kurze Wartezeit, damit die Relais sicher umgeschaltet haben. Die Zeiten stellst du nach den Datenblättern von Relais und Endstufe ein. Im Downlink-Band bleibt der LNA eingeschaltet.

Jedes Band hat einen eigenen Sequencer. Die PTT darf nur den Sequencer des Uplink-Bandes auslösen. Der LNA im Downlink-Band muss eingeschaltet bleiben, sonst hörst du dich nicht mehr.

Bereit. Drücke «Start», um den Ablauf zu sehen.

Der Sequencer schaltet beim Senden von innen nach aussen ein und beim Empfangen in umgekehrter Reihenfolge zurück. Die Zeitachse ist schematisch.

Variante: ein Rundstrahler mit Weiche

Wer nur Platz für eine Antenne hat, nimmt einen Dualband-Rundstrahler. Eine Weiche an der Antenne trennt 2 m und 70 cm. Der Rest der Station bleibt gleich.

Variante mit nur einer Dualband-Antenne: Die Weiche an der Antenne trennt 2 m und 70 cm. Das rote «!?» der Originalfolie markiert die Verstärker: Nur die Weiche trennt den eigenen Sender vom LNA des anderen Bandes. Eigene Darstellung nach Lipp (2017), Folie 21.

Das Schaltbild setzt bei den Verstärkern ein «!?». Die Bewertung zeigt warum:

Entkopplung: Im Vollduplex sendest du auf einem Band, während der LNA des anderen Bandes an derselben Antenne hängt. Nur die Isolation der Weiche trennt die beiden.
Oberwellen: 3 · 145,9 MHz = 437,7 MHz. Diese Oberwelle liegt im 70-cm-Satellitenbereich (435 bis 438 MHz). Die Weiche leitet sie ungehindert in den 70-cm-Zweig.
Folge: Der LNA wird übersteuert oder zerstört. Der Downlink geht im eigenen Signal unter.
Abhilfe: Ein Tiefpass im 2-m-Sendezweig, ein zusätzlicher Bandpass vor dem 70-cm-LNA und eine Weiche mit hoher Isolation (Datenblatt prüfen).

Lässt du den LNA aus Vorsicht weg, bezahlst du mit Empfindlichkeit. Wie viel, zeigt die Simulator-Aufgabe.

Simulator-Aufgabe: Kaskade abbilden

Öffne den Orbit- und Linkbudget-Simulator. Bilde die Empfangskette für 70 cm nach. Vergleiche drei Varianten: A mit zwei Rundstrahlern, B mit einem Rundstrahler und Weiche, B' wie B, aber ohne LNA.

Ändere zwischen den Varianten nur die Kaskade. Bahn, Standort und Zeitpunkt bleiben gleich. Notiere G/T und Down-SNR; die gleichen Werte brauchst du in V3.3 und V3.4 wieder.

Simulator-Eingaben: Konzept A (zwei Rundstrahler), B (ein Rundstrahler mit Weiche, mit LNA), B' (ohne LNA)

Schritt und Feld	A	B	B'
1 Orbit wählen: Preset	LEO	LEO	LEO
2 Position Bodenstation: Locator	eigener Locator oder JN36RW	gleich wie A	gleich wie A
3 Satellit: Ausrichtung und Downlink-Frequenz	Voreinstellung lassen (Downlink 435,500 MHz)	gleich wie A	gleich wie A
Zeit	Simulation beim höchsten Punkt des ersten Überflugs anhalten und den Zeitpunkt nicht mehr ändern	gleicher Zeitpunkt	gleicher Zeitpunkt
Downlink: Antennengewinn	2 dBi	2 dBi	2 dBi
Downlink: Polarisation	unverändert	unverändert	unverändert
Antennenrauschtemperatur (gesamt)	150 K	150 K	150 K
Kabel 1 (Verluste vor dem LNA)	0,5 dB (Bandpass)	0,3 dB (Weiche)	0,3 dB (Weiche)
Vorverstärker 1: Gewinn / NF	20 dB / 0,6 dB	20 dB / 0,6 dB	0 dB / 0 dB (weggelassen)
Kabel 2: Typ / Länge	Times LMR-400 / 20 m	Times LMR-400 / 20 m	Times LMR-400 / 20 m
Vorverstärker 2: Gewinn / NF	0 dB / 0 dB	0 dB / 0 dB	0 dB / 0 dB
Kabel 3 (Relais und Weiche im Shack)	0,5 dB	0,5 dB	0,5 dB
Empfänger: NF / Bandbreite	6 dB / 2500 Hz	6 dB / 2500 Hz	6 dB / 2500 Hz

Alle Gewinne, Rauschzahlen und Rauschtemperaturen sind Annahmen für den Vergleich, keine Datenblattwerte. Lässt sich ein Feld nicht direkt setzen, addiere den Verlust zum nächstliegenden Kabelfeld. [PRÜFEN: Feldbezeichnungen und Kombination von Himmels- und Antennenrauschtemperatur im Simulator]

Richtwerte: Mit LNA an der Antenne liegt G/T eines Rundstrahlers bei etwa −22 dB/K. Ohne LNA sinkt der Wert um rund 9 dB.

Erwartete Ergebnisse (aus Formeln berechnet, im Simulator zu prüfen)

Grösse	A	B	B'	Toleranz
Dämpfung Kabel 2 (LMR-400, 20 m, 435,5 MHz)	1,78 dB	1,78 dB	1,78 dB	± 0,05 dB
Systemrauschtemperatur T _sys	252 K	235 K	1951 K	± 3 %
G/T	−22,0 dB/K	−21,7 dB/K	−30,9 dB/K	± 0,3 dB
Down-SNR im Vergleich zu A	0 dB (Referenz)	+0,3 dB	−8,9 dB	± 0,3 dB

Der absolute Down-SNR hängt von Bahn, Zeitpunkt und Satellit ab. Vergleiche deshalb nur die Differenzen zum gleichen Zeitpunkt.

Kontrollfrage

Im Simulator ist Variante B (ein Rundstrahler mit Weiche, mit LNA) sogar 0,3 dB besser als Variante A. Warum setzt die Folie bei den Verstärkern trotzdem ein «!?»?

Lösung anzeigen

Der Simulator rechnet nur mit Rauschen und Dämpfung. Er bildet nicht ab, was dein eigener Sender im anderen Band anrichtet.

Entkopplung: Bei Vollduplex trennt nur die Weiche den Sender vom LNA des Empfangsbandes. Beispiel mit angenommener Isolation von 50 dB: 50 W sind 47 dBm, am LNA kommen noch etwa −3 dBm an. Das Satellitensignal liegt bei rund −120 dBm. Der LNA wird übersteuert oder beschädigt.
Oberwellen: Die dritte Oberwelle von 145,9 MHz liegt bei 437,7 MHz, also mitten im 70-cm-Satellitenbereich. Die Weiche lässt sie zum 70-cm-Zweig durch, denn genau dafür ist dieser Zweig gebaut.
Abhilfe: Tiefpass im 2-m-Sendezweig, zusätzlicher Bandpass vor dem 70-cm-LNA, Isolation der Weiche im Datenblatt prüfen. Ohne LNA (B') verlierst du rund 9 dB.

Merksatz:
Ein TRX plus SDR-Empfänger ergibt Vollduplex. Der Sequencer schützt den LNA. Mit nur einer Antenne trennt allein die Weiche Sender und Empfänger – das braucht zusätzliche Filter.

Formeln: Rauschtemperatur, Kaskade und G/T

Rauschzahl und Rauschtemperatur einer Stufe:

T_{e} = (10^{NF / 10} - 1) \cdot T_{0}

T _e: äquivalente Rauschtemperatur einer Stufe in K
NF: Rauschzahl in dB
T ₀ = 290 K: Bezugstemperatur
Für ein Kabel oder Filter mit Dämpfung L (in dB) bei Umgebungstemperatur gilt NF = L.

Kaskade nach Friis, bezogen auf den Antennenanschluss:

T_{e, ges} = T_{1} + \frac{T_{2}}{G_{1}} + \frac{T_{3}}{G_{1} G_{2}} + \dots

T ₁, T ₂, …: Rauschtemperaturen der Stufen ab Antenne in K
G ₁, G ₂, …: Gewinne als Faktor (Dämpfung: G kleiner 1)
Folge: Die erste Stufe zählt voll. Hinter einem LNA mit 20 dB (Faktor 100) zählen weitere Stufen nur noch zu einem Hundertstel.

Systemrauschtemperatur und Gütemass G/T:

T_{sys} = T_{A} + T_{e, ges} \frac{G}{T} = G_{ant} - 10 \cdot \log_{10} (T_{sys} / 1 K)

T _A: Antennenrauschtemperatur in K
G _ant: Antennengewinn in dBi
G/T: Gütemass der Empfangsstation in dB/K

Signal-Rausch-Abstand im Downlink (alles in dB):

SNR = EIRP - L_{FS} + \frac{G}{T} + 228,6 - 10 \cdot \log_{10} (B / 1 Hz)

EIRP des Satelliten in dBW, L _FS: Freiraumdämpfung in dB
228,6 dB entspricht −10 · log₁₀(k) mit der Boltzmann-Konstante k
B: Empfangsbandbreite in Hz
Bei gleichem Satellit, gleicher Distanz und gleicher Bandbreite ändert sich der SNR genau um die Differenz im G/T.

Nachgerechnet für Variante A: Die Kette ab Antenne (0,5 dB, LNA 20 dB/0,6 dB, 1,78 dB, 0,5 dB, Empfänger 6 dB) ergibt T_e,ges ≈ 102 K. Mit T_A = 150 K wird T_sys ≈ 252 K und G/T = 2 − 24,0 = −22,0 dB/K. Alle Formeln findest du auch im Formelblatt

Mini Selbsttest

Mini-Selbsttest

Weiterführend

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