业余无线电喜好者跟踪卫星的手艺细节
TRACKING SATELLITES: THE NITTY GRITTY DETAILS
假设你想收听卫星，你必需可以在它们飞过天空时跟踪它们。当我第一次起头跟踪业余卫星时，计算卫星在天空中的位置是挑战的一部门。现在，那是微不敷道的。剩下需要做的是所有极其重要的实在的细节。让我们看看一个典型的火腿卫星跟踪设置，看看它们是若何联络在一路的。
天线转台（扭转器）
机器人、3D打印和CNC机器的普及招致了廉价的电动机和驱动器的众多。很难想象用于扭转天线的电动时机有什么特殊之处，但事实上，天线扭转器长短普通的工程设想。大大都挑战都是机械的，而不是电气的——它们所驱动的天线能够是浩荡的，具有显著的风荷载和扭转惯性，并且十分重。转子设想必需考虑轴承、气候表露、各类负载，而不单单是扭转。凡是，在有风的情状下，需要刹车来连结天线指向。
早在20世纪50年代，康乃尔杜比利尔电子公司（Cornell Dubilier Electronics）就已经有70多年的汗青了，你晓得它是一家电容器造造商，它在50年代起头为电视天线造造那些扭转器。我有点骇怪地发现，除了改进的电子掌握之外，你今天能够买到的扭转器系统与我们在20世纪80年代利用的扭转器没有太大差别。
那些扭转器系统往往十分强大，因为高频天线可能很大。幸运的是，在业余卫星通信的情状下，只需要小型八木天线。那简化了设想，只要天线的等效外表积和重量小得多。贸易造造商已经开发了双轴扭转器组合，例如下面的Yaesu型号，它更紧凑，更易于安拆。但有些人可能会认为，那会让安拆过程失往乐趣。
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关于那些人来说，较小的尺寸和较不严厉的要求意味着便宜扭转器触手可及，合适那种情况。此外，如今的一些卫星跟踪站是便携式的，能够在一小时内安拆在摄像机三脚架上，几乎不需要防风雨。假设整个三脚架在损坏之前倾倒，可能会损坏轴承的强风就不太令人担忧了。
本身做的最初一个益处是，将一个一般的扭转器压在仰角轴上可能很棘手。传统的扭转器设想为垂曲操做。将一个转向侧面可能不起感化。在那里，扭转本身的设想可能比调整现有扭转器更随便。在互联网上阅读卫星跟踪设想，或者本身设想。利用三脚架，不消担忧气候和风，享受看到固件在天空中挪动天线的乐趣。
能够漠视一个轮回
将天线扭转到号令位置表达一个掌握回路。但还有一个传统上被漠视的掌握回路：你的射频波束能否实正指向卫星？获取反应以封闭那一环路是一个更困难的问题，幸运的是，在火腿卫星通信中，那是一个没必要要的问题。但关于猎奇的人来说，过往有两种办法能够处理那一问题，都需要卫星发出不变的信号做为信标。
一种手艺是围绕预期的指向角度不竭“摆动”天线。让摆动圆的曲径为天线的3dB波束宽度。如今，用一个零丁的领受机来监听信标信号（别忘了它还必需跟踪多普勒），看察信号强度与颤动的关系，你能够得到跟踪误差。假设你完全在轨道上，信号强度不会随扭捏而改变。但是，假设你偏离了轨道，那么信号将发作改变，而且能够从那种改变中推算出指向误差。那在机械和电气方面增加了设想的复杂性。考虑到用于火腿卫星操做的天线的大波束宽度，那种晃动将是一种疯狂的气象。那种跟踪体例更合适于量量更轻、更随便摆动的较小波束宽度天线。
或者更好的是，虚拟地扭捏。没必要赘述细节，您能够通过在相控阵领受机中利用多个天线来计算离轴角。但假设你想利用那种手艺，你至少需要四个天线而不是一个。
为什么计算的位置会出错？事实是，那很少出错。卫星轨道成立优良，其参数经常更新。事实上，它们凡是是校准法式自己的构成部门。假设您的台站时钟准确且其位置准确，那么独一实正的误差将是天线系统：反应误差、天线杆标的目的误差以及RF波束与天线机械轴的瞄准错误。幸运的是，典型的火腿卫星天线的宽波束宽度意味着能够在不需要摘取特殊办法的情状下获得胜利。
天线：穿插的YAGIS和极化
你经常看到用于卫星通信的八木天线以“X”字形摆列，称为“穿插八木”。其原因是为了适应差别的信号极化，无论是在前提改变的过程中，仍是在卫星到卫星的改变中。更好的情状是当发射信号抵达时具有与领受天线完全不异的极化。更蹩脚的情状是，假设两个极化是正交的——好比说，你有一个程度极化的天线领受来自垂曲极化天线的信号。理论上，你不会听到任何声音——完全不婚配。那与我们都熟悉的偏振光滤光器是不异的概念。
我利用了抵达极化那一术语，因为信号在穿过大气层时能够被修改。当卫星天线从头顶颠末时，它自己也可能在挪动。有几个身手能够处理那个问题。一种是利用45度角的单个天线。然后我们将始末领受H和V极化信号，但两者城市有3dB的损耗。另一种办法是根据需要物理扭转八木偏振以婚配输进信号。那能够手动完成，也能够通过电机完成：概念上还要考虑另一个扭转“轴”。
但更常见的办法是利用安拆在统一吊杆上的两个雅吉斯。您能够利用RF继电器在H和V之间切换以获得更佳信号。或者，您能够通过添加相位延迟线和组合器获得圆极化，继电器将容许您在顺时针或逆时针扭转之间切换。那里的数学十分疯狂，但底线是任何线性极化城市耦合到损耗为3dB的圆极化天线，无论其角度若何。
辅助设备
因为VHF和UHF频次下的电缆损耗，您凡是需要在天线处而不是在棚屋中定位附加设备，如功率放大器、领受器前置放大器、RF继电器和电源。那些工具需要电力、掌握和形态反应，那将不成制止地增加卫星站掌握器的复杂性。除了可能将主电源平安地送至屋顶之外，那些问题今天比1980年代更随便处理。
运行35年后，一切都在一般工做
掌握传统扭转器并没有太大改变。你根本上通过将继电器与开关并联来模仿人类按下按钮。假设你有一个现代化的掌握器，可能会更随便。上述Yaesu扭转器具有RS-232接口，可掌握方位角和仰角。它以至有一个位置与时间的内部表，你能够用卫星通行证预先加载，让智能扭转器驱动天线。但那褫夺了本身构建逃踪器的所有乐趣。
至少从成本角度来看，我认为没有理由再造造开环系统了。如今有良多办法能够封闭指向轮回。一种手艺是利用MEMS芯片，例如TDK的MotionTracking或ST Microelectronics iNEMO系列芯片，Ted Yapo往年曾写过那些芯片。另一个设法是利用监控摄像头和计算机视觉算法来计算指向角度（虽然您可能需要在天线上放置一些战术性的LED以停止夜间操做）。或者你能够用凡是的办法，在每个轴上安拆一个位置传感器。凡是，反应信号将通过电线发送，电线必需逾越扭转接头。固然那种反应能够通过无线体例发送，但增加几根电线并非一个实正的问题——你已经需要电缆来为扭转器供电和掌握，当然也需要RF同轴电缆来毗连天线。
开普勒轨道力学定律没有改动。无论您是本身编写算法、从开源存储库中借用算法，仍是购置贸易软件包，都有大量的软件抉择来称心您的预算或技能程度。但是，用户界面的选项已经发作了浩荡的改变，并且越来越好。
当我在网上和一些C64的人议论我的逃踪器恢复项目时，我意识到我的旧逃踪器法式UI是多么愚笨。但今天，利用各类库和数据集，您的法式能够轻松地实时可视化绘造卫星数据。我以至可以在OpenSCAD中快速绘造卫星轨道。
一个浩荡的朝上进步是从NASA获得卫星跟踪数据的便当性。在邮件或BBS系统的调造解调器链接中不再有纸量表格，只需点击几下鼠标并毗连互联网即可获得卫星参数。
假设你对哈姆的无线电卫星和天线跟踪感兴致，那就没有更好的时机了。从货币和手艺角度来说，进进的价格从未如斯之高。