Wie Sende ich auf 2,4 GHz?

Wenn der eigene vorhandene TRX verwendet werden soll:

Es gibt kommerzielle Sendeumsetzer über das Internet zu beziehen. Zu beachten ist, das der Senden nicht im gleichen Band arbeiten sollte, auf dem ich Empfangen möchte. Diese hierzu Howto RX. Wenn ich also QO100 umgesetzt auf 70cm empfangen möchte, dann sollte ich im 2 m-Band oder im 13cm-Band senden. Einsprechende Konverter lassen sich für mehr oder weniger Geld im Netz beziehen, ebenso die ggf. noch benötigte PA für 2,4 GHz.
Hilfreich wäre noch, wenn der Umsetzer einen Eingang für eine externe Referenzfrequenz hat, z.B. 10 MHz, oder ein Referenzsignal ausgeben kann. Das Ziel sollte es sein, LNB, RX und TX mit frequenzstabilen Referenzoszillatoren zu versorgen.

Wenn es ein sendefähiger SDR sein soll:

Dies ist meine Konfiguration. Dann bleibt die restliche Station unangetastet und parallel weiter nutzbar. Außerdem bietet die Kombination SDR und die Software SDR Console praktische Vorteile gegenüber einer klassischen TRX Lösung. Allerdings brauche ich dann auch immer einen Computer zum Funken. Das kann ein Laptop sein, den ich über WLAN angebunden habe und dann auch von der Terrasse aus verwenden kann.
Es gibt nicht viele sendefähige SDRs auf dem Markt, die den notwendigen Vollduplexbetrieb ermöglichen. Weit verbreitet ist der Adalm Pluto, weniger bekannt der Adalm Pluto+ oder der Lime SDR, die mit der Software SDR Console angesteuert werden können.

Sendeleistung

Unabhängig vom TX-Konzept muss die benötigte Sendeleistung abgeschätzt und dann erzeugt werden können. Dazu sollen die folgenden Abschnitte Hinweise geben.

Grundsätzlich muss die Ausgangleistung des eigenen Senders und die erforderliche Sendeleistung betrachtet werden. Nicht zu vergessen, darf die zulässige Eingangsleistung einer Endstufe nicht überschritten werden, sonst droht sehr zuverlässig der Tod der Endstufe (wie ich leider selbst lernen durfte). Außerdem muss die Endstufe ausreichend gekühlt werden. Hier unbedingt auf die Angaben der Herstellers achten.

Beispiel meiner Konfiguration:

Zu den theoretischen Werten in der aufgezeigten Sendekette kommen noch Verluste durch Kabel, Adapter und Steckverbinder. Leider kann ich auf 2,4 GHz nicht zuverlässig Sendeleistungen und Anpassungen messen.

Adam Pluto:

  • 7dBm max bei 2,4 GHz (ist wohl eher etwas weniger)

2,4 GHz Verstärkermodul EVAL-CN0417-EBZ:

  • 20 dB Verstärkung
  • max 1W out

PA von DXPatrol "QO-100 Amplifier":

  • max Input ist nicht angegeben. Aber mit >1W (30 dBm) geht er sicher kaputt. :-(
  • max 12,5W (41 dBm) out at 70mW (18,5 dBm), also 22,5 dB Verstärkung

Das ergibt diese Tabelle mit den Pegeln:

  Input Verstärkung Output
Adalm Pluto - - max 7 dBm
CN0417 7 dBm +20 dB max 27 dBm
DXPatrol 27 dBm +22 dB max 47 dBm (Limit 41 dBm)

Als Ergebnis der 6dB Übersteuerung zeigen sich in der Praxis bei Vollaussteuerung der Sendekette unerwünschte Nebenaussendungen. Bei reduzierter Leistung stellt sich ein einwandfreies Signal ein.

EIRP der Baken

Grundsätzlich darf der Pegel der CW-Baken nicht überschritten werden. Das Eigene Signal sollte wenigstens 3dB unterhalb der Bake bleiben.

Die Baken werden mit ~300mW an einem 3m-Spiegel ausgesendet. Ein 3m-Spiegel weist bei 2400 MHz einen Antennengewinn von 35,7 dBi auf.

Berechnung der Strahlungsleistung:
Leistung in dBm = 10 ⋅ log (Leistung in mW) = 10 ⋅ log (300) = 10 ⋅ 2,477 = 24,77 dBm

EIRP = Antennengewinn + Sendeleistung = 35,7 dBi + 24,77 dBm = 60,47 dBm

Fazit:
Die Baken werden also mit ~ 60 dBm abgestrahlt, das entspricht 1000 W Strahlungsleistung.

Benötigte Sendeleistung

Achtung:
Der Sicherheitsabstand in Strahlrichtung beträgt bei 60 dBm (1000 W) und 2400MHz rund drei Meter. Also achtsam sein und NIEMALS in den Strahlengang treten. Die Antenne so aufstellen, das niemand in den Strahlengang gelangen kann.

Antennengewinn von Parabolspiegeln:

Hier eine einfache Betrachtung für handelsübliche Parabolspiegel. Details zu den Werten und wissenschaftliche Betrachtungen lassen sich dazu im Netz reichlich finden. Betrachtungen zum Gewinn von Parabolantennen habe ich im Abschnitt Howto Antenne bereits dargelegt. Beim Senden kommt ein weiterer Effekt hinzu. Die eigene Sendeantenne wird niemals ihre komplette Sendeleistung in die Spiegelfläche einkoppeln. Es wird von der eigenen Sendeantennen immer Leistung am Spiegel vorbei "ins Nirwana" gestrahlt werden.

Übliche Sat-Spiegel mit einem F/D von 0,66 erfordern eine Sendeantenne mit 10 Grad Öffnungswinkel. Der POTY oder auch eine Helix mit 3,5 Windungen erfüllen dies hinreichend. Ein kleinerer Antennengewinn der Sendeantenne würde dazu führen, das mehr Sendeleistung am Spiegel vorbei gestrahlt wird. Ein größerer Antennengewinn würde dazu führen, dass der Spiegel nicht mehr komplett ausgeleuchtet wird. Beides ist der sich ergebenen Strahlungsleistung nicht dienlich. Ein guter Kompromiss ist es, wenn die Sendeantennen den Spiegelrand mit 10dB weniger ausleuchtet, als die Mitte.

Basierend darauf lässt sich der Antennengewinn der Parabolantennen abschätzen:

Benötigte Sendeleistung = 60 dBm - Antennengewinn dB + Verluste dB

Durchmesser und Sendeleistung

Durchmesser Parabolantenne 60cm 80cm 100cm 125cm
Antennengewinn 10GHz 33,4 dB 35,4 dB 38,4 dB 41,4 dB
Antennengewinn 2,4GHz 18,5 dB 21,7 dB 23,7 dB 25,5 dB
Verluste (Kabel, Adapter, ...) 4 dB 4 dB 4 dB 4 dB
         
benötigte Sendeleistung dBm 45,5 dBm 42,3 dBm 40,3 dBm 38,5 dBm
benötigte Sendeleistung W 31,6 W 15,8 W 10,1 W 7,1 W



Meine Konfiguration


Die ermittelten 4dB Verlust im Sendezweig von Ausgang der Endstufe bis zum "EIPR" ergeben sich aus meiner aktuellen (nicht wirklich optimalen) Installation.

Mein POTY hat eine SMA-Buchse. Die SMA-Buche passt so gerade neben dem Halter des LNB vorbei. An der SMA-Buchse des POTY sitzt ein SMA-Winkelstück. Dann folgt ein Adapter auf eine N-Buchse und 4 Meter Aircom+ auf den Dachboden. Das Aircom geht auf eine Gehäusedurchführung mit einer N-Buchse und einem 10 cm RG316 Kabelschwanz mit SMA Stecker auf der anderen Seite. Der SMA-Stecker steckt direkt auf der 12,5 Watt Endstufe von DXPATROL. Die Endstufe befinder sich mit weiteren Komponenten in einem handelsüblichen Koststoffgehäuse "im Trockenen" auf dem Dachboden.

Es summieren sich leider viele kleine Verluste zu einem am Ende nicht unbedeuteten Wert zusammen, aber es funktioniert und erfüllt seinen Zweck.

Wenn ich meine 12,5W PA voll aussteuere, erreiche ich 40,5dB Signalabstand zur Bake, also im Vergleich zu den rund 38 dB der Bake eine um 2,5 dB höhere Strahlungsleistung. Angenommen, die PA macht dann wirlich 12,5 W Ausgangsleistung, ergibt sich folgende Kontrollrechung:

"echte" EIRP: 60 dBi der Bake + 2,5 dB Gewinn = 62,5 dBi Strahlungsleistung ~ 1780 W

Verlustfreies System:
Spiegel: 125 cm
Antennengewinn bei 2,4 GHz: 25,5 dBi
Sendeleistung: 12,5 W = 41dBm
EIRP: 25,5 dBi + 41 dBm = 66,5 dBi

Da ich "real" nur 62,5 dBi erreiche, ergeben sich bei mir demnach gegenüber einem verlustfreiem System insgesammt 4 dB Verluste im Sendezweig.