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Erster geostationärer AFu Satellit QATAR OSCAR 100 (QO-100)

Satelliten in Erdumlaufbahnen, welche für Amateurfunk nutzbar sind, gibt es seit 1960. Inzwischen sind es über 100, die ins All geschossen worden sind.
Meist mit OSCAR-xx (Orbiting Satellite Carrying Amateur Radio) bezeichnet. Nachteil ist, dass diese Satelliten in ca. 90 min die Erde umrunden. Für einen Amateurfunker ergibt sich dadurch, je nach Standort, nur ein kurzes Zeitfenster (ca. 10...20min) um über den Satellit zu arbeiten.
Der erste geostationäre Satellit genannt QO-100 (Qatar OSCAR 100) steht im Orbit immer über der selben Stelle. Die Antennen können einmalig fest eingestellt werden. Das Gebiet, welches vom Satellit abgedeckt wird, reicht von der Arktis bis zur Antarktis und von Brasilien bis Singapur.
QO-100 ist ein Gemeinschaftsprojekt der deutschen AMSAT-DL und der QARS (Qatar Amateur Radio Society).
Allen Satelliten ist gemeinsam, dass es Transponder sind. Sie strahlen ein von der Erde empfangenes Signal auf einer bestimmten Frequenz, möglichst unverändert, verstärkt auf einer anderen Frequenz wieder ab. QO-100 wurde am 15. November 2018 mit einer SpaceX Falcon9 Rakete in den geostationären Orbit verfrachtet. QO-100 ist ein Phase 4 (P4-A) Transponder und wurde im Rahmen der Es'hail-2SAT Projekts mitgeführt.
Hauptmission war bei Es'hail-2SAT Fernsehsatelliten zu palzieren (Vermutlich in Vorbereitung zur Fußball-WM 2022).
DC2MP ist Mitglied bei der AMSAT-DL.
Im Folgenden einige Informationen über QO-100 als Überblick.

Der Transponder QO-100 befindet sich im
geostationären Orbit auf 26°E (Ost). Der Orbit steht in etwa über dem Äquator.

Im rechten Bild sieht man das Gebiet, von dem aus der Satellit "sichtbar" ist bzw. was der Transponder abdecken kann.
Am unteren Bildrand ist die Position der Neumeyer III, der deutschen Forschungsstation des Alfred-Wegener Instituts in der Antarktis, die mittlerweile eine fest installierte Boden-Station über QO-100 aufgebaut haben. In der oberen Hälfte ist mit rotem Kreis ungefähr Süddeutschland eingetragen. Der gelbe Punkt in Zentral-Afrika ist die Stelle über der der Satellit senkrecht steht. Der blaue Punkt kennzeichnet Qatar.

Auch die bekannte Forschungsstation Neumayer III in der Antarktis ist QRV über den Transponder QO-100.

Links die QSL-Karte von DP0GVN.

Rechts im Bild sitzt gerade der IT-Ingenieur Roman HB9HCF an der Station.

DC2MP hatte mehrmals schon Kontakt mit der Neumayer III Station über
QO-100
Quelle: AMSAT-DL

Ebenso gab es über QO-100 Kontakte mit dem deutschen Forschungsschiff "Polarstern" als es im Januar 2021 auf dem Weg zur Neumayer III Station war.

Das rechte Bild zeigt Theresa (DC1TH) und Felix (DL5XL) mit einer provisorisch aufgebauten Funkstation an Deck der Polarstern. Inzwischen hat die Polarstern eine fest aufgebaute Station für QO-100 mit einem nachführbaren Parabolspiegel.
Quelle: AMSAT-DL

Uplink bezeichnet man die Funkstrecke von der Bodenstation zum Transponder. Die Frequenz beträgt beim QO-100
2,4 GHz. Der Transponder mischt das Signal mit +8‘089,500 MHz und strahlt es auf 10'489,500 MHz wieder ab (Downlink). Das Narrow-Band (Schmalband) ist 500 kHz insgesamt breit. Also von 2'400,000 bis 2'400,500 MHz.
Es gibt auch noch das WB Wide Band, mit einer Bandbreite von 8 MHz. Das Band ist für Amateurfernsehen DATV vorgesehen. Es beginnt bei 2'401,5 MHz und ensprechend der Downlink bei 10'491,5 MHz.

Für den Empfang und Sendebetrieb empfiehlt sich einen Parabol-Spiegel (je nach Standort mit Durchmesser von 60....200 cm) zu verwenden. Es gibt im Handel geeignete sog. Feeds, die auch in Kombination für Sendung auf 2,4 GHz als auch für den Empfang auf 10,5 GHz geeignet sind. Möglichst direkt hinter dem Empfangs-Feed sollte ein Converter geschaltet sein, der das Signal auf eine niedrigere Frequenz (z.B. 430 MHz) transponiert, um die Verluste auf der Leitung zum Empfänger zu reduzieren, die sonst bei 10 GHz auftreten würden.

Hilfe zu Ausrichtung der Antenne zum QO-100:

Um zu wissen wie von einem bestimmten Standort aus die Antenne ausgerichtet werden muss, kann man eine Reihe von Tools im Internet finden.
Eines Davon ist z.B. www.satlex.de allerdings ist das für Fernsehsatelliten ausgerichtet. Nimmt man "Badr 4/5/6" trifft das auch auf QO-100 zu.
Wissen muss man den Azimut (umgangssprachlich die "Kompassrichtung") und die Elevation (Neigungswinkel von der Horizontebene zum Satelliten am
Himmel). Dazu kommt noch der umgangsprachlich genannte Kippwinkel des LNBs. Und eventuell der Offset-Winkel der Antenne. Das Tool gibt noch
zusätzlich die Information welche Entfernung zu Satellit und welche Signalverzögerung beim Uplink plus Downlink auftreten wird.
Hier ein Beispiel das von Satlex ausgegeben wird.:

Der Azimut(-Winkel) kann auch als Drehwinkel im Uhrzeigersinn von Norden aufgefasst werden.

Die Elevation ist der Neigungswinkel aus der Horizontalebene unter der der Satellit gepeilt werden kann.

Zur Voreinstellung sind die theoretisch errechneten Winkel hilfreich, erfahrungsgemäß muss aber die genaue Ausrichtung anhand des Empfangssignals der Bake auf 10'489,5 MHz eingestellt werden.

Die Sendeantenne von QO-100 hat eine vertikale Polarisation, die Wellen schwingen sozusagen in vertikal Richtung.
Liegt ein Empfänger an einem Standort, der genau auf dem 26. Längengrad liegt, dann kommen die vertikal schwingenden Signalwellen direkt senkrecht zur Horizontalen an der Empfangsantenne an. Liegt der Standort aber auf einem anderen Längegrad dann erscheinen die vertikalen Schwingungen an der Empfangsantenne nach links oder rechts verdreht. Die linke Skizze soll das verdeutlichen.
Das nennt man Polarisationswinkel (engl. Skew) oder im Satelliten-Fernsehen als LNB Kippwinkel.
Das Feed oder LNB sollte dann in die entsprechende Richtung je nach Lage mehr oder weniger leicht gedreht werden.

Handelsübliche, preiswerte Parabolspiegel ("Schüsseln"), die für Satelliten-Fernsehen konzipiert sind, können selbstverständlich auch für Zwecke des Amateurfunks verwendet werden. Dabei handelt es sich aber meist um einen sog. Offset-Spiegel. Das bedeutet, dass bei optimaler Ausrichtung der Einfallswinkel des Satelliten-Signals nicht mit der Spiegel-Mittelachse übereinstimmt. Der Fokus für den Feed liegt um den Offsetwinkel von der Mittelachse entfernt.
Der Offsetwinkel ist der Winkel den der Fokuspunkt (Empfangs-Feed) aus der Parabolspiegel-Mittelachse abweicht. Der Offsetwinkel liegt meist um die 26°. Die Mittelachse des Spiegels muss also um diesen Winkel niedriger Eingestellt werden als der Elevationswinkel zum Satelliten.

Das Bild zeigt die Antenne bei DC2MP in Oberstdorf
Ein Parabolspiegel mit 1,2 m Durchmesser und ein
Feed (ein Dualband-Feed für Empfang auf 10,5 und
zirkular polarisierter Strahler für 2,4 GHz) mit einem
Offsetwinkel von ca. 26°.
Der Converter ist direkt am Feed montiert und über
das Koax-Antennenkabel per Bias-T versorgt.
Der Converter MKU LNC 10 QO-100 stammt von
Kuhne-Elektronik und ist äußerst genau und frequenz-
stabil. Er wandelt das Empfangssignal im 3 cm-Band
in das 70 cm Band.
Das Feed wird mit einer Plastik-Tüte vor Wetter
geschützt - nicht sehr elegant - hat sich aber bewährt.
Gleich hinter der "Schüssel" ist in einem wetterfesten
Gehäuse der Transceiver auf Basis ADALM Pluto SDR
aufgebaut. Die Kabellängen zum Feed mit ca. 1,5 m
garantieren geringe Verluste.
Das Innenleben des SDR TRX ist links oben im Bild
zu sehen.
Der PLUTO SDR besitzt zur Steuerung eine USB Schnittstelle. Um diese
Schnittstelle über IP-Netzwerk fernzusteuern, wird ein industrieller USB
Device-Server verwendet. Der Device-Server und der SDR wird vom IP-
Netzwerk über PoE (Power over Ethernet) versorgt.
Die Sende-Endstufe für 2,4 GHz ist eine DX-Patrol mit einer nominalen Leistung
von ca. 20W. Die Stromversorgung ist dafür über eine separate PowerPole
Leitung realisiert die über Koax-Leitung (per Bias-T) vom Shack aus
eingespeist wird.
Somit ist die Anlage Douplex fernsteuerbar vom IP-Netz aus.

Weitere Informationen: