AMSAT-HB ist Kollektivmitglied der USKA

V4.4 Digitale Transponder auf GEO

Niveau: K5 Analysieren

Zeitbedarf: ca. 25 Minuten

Einstiegsfrage:
Was ändert sich für digitale Betriebsarten, wenn der Satellit am Himmel stillsteht?

Ein Satellit ohne Überflug

Ein geostationärer Satellit umkreist die Erde synchron mit ihrer Eigenrotation in genau einem siderischen Tag (Sterntag). Er befindet sich auf der äquatorialen Kreisbahn in rund 35 786 km Höhe über dem Äquator und scheint für eine Beobachterin oder einen Beobachter auf der Erdoberfläche fest an einem Punkt am Himmel zu stehen.

Damit fällt fast alles weg, was die Praxis in den Lektionen V4.1 bis V4.3 extrem anspruchsvoll macht: kein schneller Überflug mit zeitlicher Begrenzung, keine Doppler-Raten von über 100 Hz/s und keine Notwendigkeit einer automatischen Frequenznachführung im Sekundentakt

Digitale Betriebsarten: LEO-Satellit und geostationärer Satellit im Vergleich

Merkmal LEO (Beispiel 500 km) GEO (Beispiel QO-100)
Bahnhöhe 500 km 35 786 km über dem Äquator
Bewegung am Himmel schnell, ein Zenit-Überflug dauert rund 11,5 min steht praktisch still
Doppler auf 70 cm bis rund ±10,3 kHz sehr klein
Doppler-Rate auf 70 cm bis rund 156 Hz/s praktisch null
Betriebszeit einige Überflüge pro Tag rund um die Uhr
Antenne nachgeführt oder Rundstrahler fest ausgerichtet
Entscheidend für schmalbandige Betriebsarten laufende, automatische Doppler-Korrektur Frequenzstabilität der eigenen Station (V5)

LEO-Werte aus Formeln berechnet (Kreisbahn, Erddrehung vernachlässigt, siehe V4.1). GEO-Bahnhöhe aus der Umlaufzeit eines Sterntages berechnet.

QO-100 auf Es'hail-2

Auf dem geostationären Amateurfunksatelliten QO-100 (Qatar-OSCAR 100, auf dem kommerziellen Satelliten Es'hail-2) sind schmalbandige digitale Betriebsarten ausdrücklich zugelassen und erwünscht.

QO-100 besitzt den weltweit ersten geostationären Transponder für den Amateurfunkdienst. Über seinen Schmalband-Transponder (Narrowband Transponder, NB) können Digimodes wie FT8, PSK31 oder RTTY mit großem Raumgewinn genutzt werden.

Die konkreten Frequenzen (Uplink im 13-cm-Band bei 2,4 GHz, Downlink im 3-cm-Band bei 10,49 GHz), den offiziellen Bandplan, den Stationsaufbau (mit LNB und Upconverter) sowie die Frequenzstabilisierung behandelt Kapitel V5 ausführlich.

Auf QO-100 (Es'hail-2) befindet sich neben dem Schmalband-Transponder (NB, 500 kHz Bandbreite) auch ein Breitband-Transponder (Wideband Transponder, WB). Dieser stellt einenMeilenstein in der Geschichte des Amateurfunks dar, da er der weltweit erste geostationäre Transponder ist, der speziell für digitales Amateurfernsehen (DATV, Digital Amateur Television) und High-Speed-Datenübertragungen ausgelegt wurde.

Übertragungsstandards & Frequenzen

Merkmal Schmalband-Transponder (NB) Breitband-Transponder (WB)
Bandbreite 500 kHz 8,0 MHz
Hauptsächliche Nutzung SSB, CW, FT8, PSK31 DATV (Digital-TV), High-Speed Data
Uplink (13 cm) 2400,000 – 2400,500 MHz (RHCP) 2401,500 – 2409,500 MHz (RHCP)
Downlink (3 cm) 10489,500 – 10490,000 MHz (Vertikal) 10491,000 – 10499,000 MHz (Horizontal)
Modulationsstandard Analoge/schmalbandige Modilationen DVB-S2 (QPSK, 8PSK, 16APS

Wichtiger Unterschied bei der Polarisation: Während der Downlink des NB-Transponders vertikal polarisiert ist, sendet der WB-Transponder horizontal. Wer beide Transponder empfangen möchte, muss die Speisung des LNBs entsprechend drehen oder per Spannungsumschaltung (13 V / 18 V) ansteuern.

Die DATV-Barke (DATV Beacon)

Am unteren Ende des Transponders (Center ca. 10 492,5 MHz) sendet die AMSAT-DL ein permanentes DVB-S2-Videosignal.

  • Zweck: Die Barke dient als Referenzsignal zur optimalen Ausrichtung der eigenen Empfangsantenne, zum Testen der Empfänger und zur Pegelkalibrierung.

3. Technische Anforderungen an die Empfangs- und Sendestation

  • Empfang (Downlink):

    • Antenne: Ein gewöhnlicher Parabolspiegel (ca. 80–90 cm Durchmesser reicht im Kernabdeckungsgebiet völlig aus).

    • Empfänger: Ein Standard-DVB-S2-Satellitenreceiver kann die breitbandigen Signale oder die Barke empfangen. Für die sehr schmalbandigen DATV-Signale (z. B. 66 kS/s oder 333 kS/s) nutzen Funkamateure meist spezielle Hardware-Decoder wie den MiniTiouner (BATC) oder SDRs mit Software-Demodulation.

  • Aussendung (Uplink):

    • SDRs: Sendersseitig kommen SDRs wie der ADALM-PLUTO, LimeSDR or HackRF zum Einsatz, die das DVB-S2-Signal in Echtzeit erzeugen.

    • Leistung: Um ein Videosignal über den WB-Transponder abzusetzen, wird deutlich mehr Leistung benötigt als auf dem NB-Transponder (typischerweise 20 bis 50 Watt auf 2,4 GHz an einer 1,2-Meter-Schüssel).

4. Das WB-WebSDR der BATC

Wer keine eigene Empfangsanlage für 10 GHz besitzt, kann den WB-Transponder live im Browser beobachten. Die British Amateur Television Club (BATC) betreibt in Goonhilly (UK) eine Empfangsstation und stellt unter eshail.batc.org.uk/wb ein Echtzeit-Spektrum inklusive Videoplayer zur Verfügung.

Kontrollfrage

Auf QO-100 sind digitale Betriebsarten ausdrücklich erwünscht. Auf einem LEO-Satelliten sind dieselben Betriebsarten schwierig. Was ist der Hauptgrund, und welches Problem bleibt auf GEO trotzdem?

Lösung anzeigen

Der Hauptgrund ist der Doppler. Ein geostationärer Satellit bewegt sich von der Erde aus gesehen kaum. Die Verschiebung ist sehr klein und ändert sich nur langsam. Schmalbandige Betriebsarten wie FT8 oder PSK31 laufen dadurch ohne aufwendige Nachführung.

Bestehen bleibt die Frequenzstabilität der eigenen Station. Driftet der Oszillator im Empfangskonverter oder im Sender, wandert das Signal genau so, als gäbe es Doppler. Wie man das löst, zeigt Kapitel V5.

Merksatz:
Auf einem geostationären Satelliten ist der Doppler sehr klein. Schmalbandige digitale Betriebsarten werden dadurch einfach – entscheidend ist dann die Frequenzstabilität der eigenen Station.

Mini Selbsttest

Mini-Selbsttest

Weiterführend

QO-100 im Detail: Kapitel V5 · Vorherige Lektion: V4.3 Fehlertolerant und schmalbandig · Selbsttest: Selbsttest V4