Secção Técnica Temática de trabalhos da A.R.L.A.

Artigos de natureza técnica ou histórica

Comunicações Espaciais

Reflexão Lunar, EME ou " Moon-bounce (2)

[ Miguel Andrade - Maio de 2001 ]

No primeiro artigo que segue a continuidade da série sobre o tema das comunicações espaciais aplicadas ao radioamadorismo sobre o assunto das comunicações via reflexão lunar, foram abordadas as características e dificuldades inerentes a esta actividade.

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Nesta continuação desse mesmo assunto será analisada a questão dos conteúdos mínimos indispensáveis para que uma estação de radioacomunicações do serviço de amador esteja apta a trabalhar neste modo de comunicações e, já agora, algumas regras básicas úteis para a operação.

Em primeiro lugar, ( uma vez que até ao momento as possibilidades de contacto em telefonia estão para já postas de parte para a maioria das estações menos equipadas em termos de antenas e potência de emissão ), para trabalhar em reflexão lunar o operador da estação iniciante tem obrigatoriamente que saber operar em telegrafia por código Morse.

Já é do conhecimento geral que para se fazer DX a sério em V-U-SHF mesmo em condições normais sem ter em consideração a reflexão lunar, ou seja, em contactos troposféricos e em propagação esporádica E, a aprendizagem do código Morse é uma ferramenta imprescindível.

Esta questão é perfeitamente explicável pelo facto da telegrafia tornar possíveis contactos em presença de sinais débeis demais para que fosse viável alcançar qualquer sucesso no uso dos modos de telefonia, ( mesmo tendo em consideração as potencialidades das diferenças de alcance proporcionadas pela Banda Lateral Única – " SSB " ).

Na faixa dos 1296 MHz aparecem com alguma frequência estações que operam em SSB sendo comuns os contactos entre estações em continentes diferentes sobretudo aos fins-de-semana. É evidente que só as estações mais poderosas podem realizar contactos desta maneira entre si, e raras são aquelas que têm possibilidade de escutar os seus próprios ecos vindos da Lua em qualquer posição desta acima do horizonte. Mesmo com 1 KW de potência, ( 1000 W reais entregues na antena, ou seja, mais de 2 KW de emissão à saída do amplificador ), as estações com antenas parabólicas com 3 a 4 metros têm muita dificuldade em fazerem-se escutar em Banda Lateral Única.

A recepção é igualmente complicada pois não é fácil conseguirem-se factores de ruído em todo o sistema na ordem de 0.5 dB para se escutar o que quer que seja em fonia, por isso podemos considerar uma estação poderosa quando a parábola da antena dos 1200 MHz tem 6 a 8 metros e conseguem fazer chegar à antena uns 1500 W, ( o que é uma enormidade de potência para frequências tão elevadas e exige rigorosas medidas de segurança ).

Uma das partes mais importantes da estação é o sistema de irradiação. Pese embora isto seja um lugar comum em termos de radiocomunicações, neste tipo de operação todos esses conceitos devem ser muito amplificados pelos motivos já adiantados no artigo anterior.

A estas antenas deve ser dado uma especial atenção ao desenho, construção e alimentação, sobretudo porque geralmente são usadas redes de antenas.

Em V-UHF, no mínimo deve pelo menos ser usada uma antena Yagi-Uda com 13 dB de ganho, o que permitirá escutar os ecos das estações mais poderosas aproveitando o ganho de solo referido no primeiro artigo. Se emitir com pelo menos 150 W essa antena será capaz de com alguma sorte e paciência fazer contacto com as mais famosas estações do mundo devido aos altos ganhos de recepção e emissão que estas possuem.

Para se conseguirem contactos rotineiros sobretudo com estações que não pertençam somente à categoria das mais poderosas, já temos que ter em consideração ganhos na ordem dos 20 dB ou mais. Para se conseguir tal ganho basta ter-se em consideração um enfasamento de 4 antenas de 14 dB cada uma. Para este efeito, nunca devemos ignorar que todas as antenas devem estar " em fase ", ou seja, todos os vivos do cabo coaxial devem estar ligados no lado direito do dipolo e as malhas no lado esquerdo, ou vice-versa.

Numa tal montagem é imprescindível ponderar a força necessária de que devem estar providos os rotores ( azimute e altitude ), que poderão orientar a qualquer momento o conjunto de antenas para a Lua e resistir aos ventos mais fortes que se podem fazer sentir na região quando soprarem contra tal volume.

Apesar dos fenómenos que se manifestam nas comunicações por reflexão lunar, não são em absoluto exigidas as antenas de dupla polarização ou circular utilizadas para as comunicações via satélite, sobretudo porque na recepção de sinais polarizados linearmente estas últimas podem vir a apresentar perdas de 3 dB… o que em termos dos objectivos de ganho em causa significa uma perda muito apreciável.

Em termos de recepção há que ter também um cuidado suplementar, uma vez que o receptor deve apresentar um factor de ruído inferior a 2 dB. Para termos uma ideia mais ilustrativa sobre esta questão, digamos que os equipamentos comerciais costumam apresentar um factor de ruído na ordem dos 5 ou 6 dB.

Embora um bom pré-amplificador possa resolver o elevado factor ruído, ( até pela facilidade de construção caseira ), os esquemas de receptores especialmente concebidos por radioamadores para este efeito costumam funcionar na perfeição desde que se tenha o maior cuidado na escolha dos componentes.

Curiosamente a melhor combinação possível parece ser um bom emissor / receptor de ondas curtas ( HF ) com um conversor de frequência ( " transverter " ) acoplado. Este conjunto tem como vantagem conseguir bons resultados na qualidade de recepção e ao mesmo tempo fazer uso dos filtros, memórias e outras facilidades dos equipamentos de HF.

Pelo que atrás foi referido, devemos ter em consideração que os sinais das comunicações via reflexão lunar estão sempre nos limites da compreensibilidade, vulgarmente abafadas em grande parte por ruídos de fundo da mais variada natureza como os que são resultantes da própria antena.

Adicionalmente, cada vez que se reduz a largura de banda para metade, como acontece nos modos de comunicação vulgarmente usados neste tipo de operação, a relação sinal ruído duplica, isto é, passa-se a ter um ganho de 3 dB uma vez que o ruído captado fui igualmente reduzido para a metade.

Um filtro de áudio analógico de 100 Hz ou menos, ( dependendo da experiência do operador ), servirá perfeitamente para estreitar a largura de banda conveniente a esse ganho suplementar sobre o factor ruído, contudo, uma vez que há fortes probabilidades de desvios em frequência devido ao efeito Doppler é necessário ter um especial cuidado com esta técnica.

As escolha dos cabos de radiofrequência não deve escapar à selecção criteriosa dos elementos constituintes deste tipo de estação. Não ter em conta procedimentos simples como usar o cabo da melhor qualidade para trabalhar nas frequências mais altas do serviço de amador, manter todas as secções dos sistema irradiante ligadas com o mesmo tipo de cabo, ter o maior cuidado em isolar as ligações da humidade e encurtar ao máximo as distâncias de cabo coaxial, podem significar a diferença entre algum sucesso e o completo desastre na aventura das comunicações via reflexão lunar.

É do conhecimento geral que quanto mais alta for a frequência de trabalho, maiores são as perdas. Os cerca de 3 dB que um cabo RG 213 apresenta como perdas nas frequências de trabalho usadas nas comunicações por reflexão lunar por 30 metros de comprimento significam em termos concretos que dos 1000 W de potência de emissão à saída do amplificador apenas 500 W chegariam às antenas. Se tivermos em consideração as perdas da relação de ondas estacionárias e das ligações entre antenas… podemos considerar perdidos efectivamente muitos QSO’s. A própria humidade que se instale numa ficha de ligação ao ar livre é responsável por perdas importantes, sobretudo relacionadas com a relação de ondas estacionárias.

A propósito da potência de emissão, convém referir que, embora emissões com 150 W sejam um bom começo, para se trabalhar seriamente por reflexão lunar, ( afastando a dependência do factor sorte e dos contactos apenas com as grandes estações ), convém que a estação esteja equipada para emitir com 500 W ou com o máximo que a legislação nacional aplicável permitir. Se potências dessa ordem alimentarem um sistema irradiante convenientemente pensado e montado segundo todos os preceitos pode-se ter a alegria de se ouvir facilmente até os próprios ecos.

Os operadores que estiverem a usar na sua estação amplificadores de potências de emissão na ordem dos 200 W e efectuam já contactos troposféricos e em propagação esporádica E, já estão muito bem equipados. Potências superiores a 500 W em VHF e UHF tornam-se perigosas e não são fáceis de dominar, requerendo certos cuidados especiais e a ajuda de colegas com mais experiência no assunto ou com a formação académica adequada para ser construída uma instalação radioeléctrica adequada.

Quanto mais alta é a frequência mais crítico se torna este conceito. Emitir em VHF com cerca de 1000 W requer a licença de nível adequado e cuidados redobrados do que em HF, pois são milhares de Volt de radiofrequência e de tensão na placa do amplificador. Em termos práticos quem opera com 200 W e passa para 800 W ganha apenas uma unidade de medida no indicador da estação receptora a uns 100 quilómetros de distância. Em UHF quando se vive num prédio de apartamentos e temos uns 30 metros de baixada, o simples factos de substituirmos um cabo do tipo RG213 para outro de menos perdas apropriado às frequências muito altas tem exactamente o mesmo efeito, ou seja, cerca de uns 6 dB de ganho.

Sobretudo se falamos das faixas de frequências mais elevadas em SHF podemos considerar uma estação poderosa quando a potência de saída está situada em valores na ordem dos 25 W, ( que se não forem bem controlados podem constituir um alto risco para quem opera a estação ou se aproxime dela ).

O mais importante sobretudo quando falamos de micro-ondas é ter as antenas bem orientadas para a Lua no momento certo do que potências de emissão com valores que fazem sentido apenas em frequências mais baixas. Basta um desvio de menos de 1 grau para qualquer direcção e o nosso " espelho " de pedra para as ondas de rádio perde-se.

Também os sinais recebidos e o tipo de dificuldades são diferentes em cada faixa de frequências.

Embora normalmente fracos e distorcidos nos 144 MHz os sinais são muito mais claros do que aqueles que regressam à terra nos 10 GHz, por esse motivo o conceito de relatório de recepção assume uma outra dimensão em EME.

No vulgar sistema RST uma confirmação de 519 a 529 é considerado muito fraco para um operador de ondas curtas, porém devemos ter em consideração que a esta confirmação corresponde uma super estação que pode estar a colocar sinais de 6dB acima do ruído… o que neste tipo de comunicações não é nada fácil. Por essa razão a compreensibilidade 5 em EME daria vulgarmente o equivalente a 3 em ondas curtas.

Se forem seguidos estes conselhos e tomados em consideração os dados do artigo anterior é muito provável que o radioamador que se queira iniciar neste tipo de comunicações já esteja relativamente bem preparado para o que terá que enfrentar. O mais importante é ampliar estes conhecimentos básicos com as experiência de colegas que praticam este tipo de radiocomunicações e sobretudo ler o bastante para cobrir as falhas que não estão ao alcance de um artigo introdutório como este.

Caso contrário, em caso de fracasso podem estar eventualmente a ter lugar algumas deficiências na nossa estação, de entre elas podem-se destacar as seguintes causas :

  • As antenas não estão convenientemente apontadas para a Lua - Esta situação é mais grave quando mais estreito for o lóbulo principal do diagrama de radiação e mais alta for a frequência. Como solução a adoptar deve ser feita uma calibração do rotor, ( que pode inclusivamente ser feita por meio visual uma vez que o objectivo é suficientemente grande para ser seguido dessa forma ). Sobretudo em micro-ondas, o ruído tem que ser tão baixo que permita medir até o ruído térmico da Lua, pois quando se aponta para o céu capta-se o próprio ruído do Universo que é contudo mais fraco do que o do satélite natural da Terra. Com base na posição real em que a antena se encontra quando se conseguir finalmente apontar para o centro do planeta, far-se-ão as correcções necessárias para calibrar o sistema, usando-se factores de correcção que possam incluir todos os erros mecânicos e orbitais, a influência de variações térmicas nos materiais ou o factor vento.

  • As antenas não oferecem o ganho esperado - Em alternativa as perdas devido a más ligações, soldaduras deficientes ou devido aos cabos usados, ( seja pela qualidade dos mesmo, seja pelo seu comprimento exagerado ), estão na causa da falta de eficiência do sistema irradiante.

  • O equipamento usado para recepção não é adequado devido às suas limitações, tornando-se demasiado " surdo " para esta actividade mesmo com a ajuda das amplificações - Se não for esta a causa devemos procurá-la noutras fontes de interferência, pois provavelmente o ruído está tão exagerado que os fracos e débeis sinais deste tipo de radiocomunicações são completamente abafados na recepção.

  • Foi usado todo o cuidado e empenho em construir-se as condições com o maior rigor. Recebe-se bem um eco de retorno mas não se conseguem fazer contactos - Como solução a adoptar deve-se procurar ter a maior paciência possível, ( porque há pouca actividade ), procurando os melhores momentos, recolhendo-se toda a informação possível sobre a actividade das outras estações nas redes próprias ou páginas da Internet e treinando-se muito mais a escuta.

Os raros operadores que têm condições para este tipo de actividade tornam por vezes cansativa a espera por resultados. Para obviar esta situação os contactos podem ser conseguidos de uma forma planeada, ou seja, por agendamento prévio entre dois ou mais operadores ( " sked " ), ou de uma forma aleatória como usualmente se faz nas chamadas para DX.

A chamada geral pode ser mais vantajosa para as estações potentes, sobretudo porque os seus sinais são suficientemente fortes para não necessitaram de ajudas nas estações que as recebem em termos de ganho. Este tipo de actividade por convencionamento tem lugar dentro dos primeiros 30 KHz das faixas de frequências usadas neste tipo de radiocomunicações. É sobretudo uma actividade mais exigente em termos de paciência e atenção, maior prática no uso dos filtros e maior concentração… sem dúvida o QSO mais valioso e emocionante.

Uma vez que os sinais recebidos nas comunicações por reflexão lunar são muito débeis e atreitos ao desvanecimento e a mudanças de polarização é fácil compreender porque é que se torna necessário um código informal de procedimentos como a proposta da estação G3SEK para os 432 MHz e frequências superiores nos quais se basearam as seguintes 6 sugestões :

  1. Os contactos devem ser tão curtos quanto possíveis. Os QSO’s devem-se considerar completos quando ambas as estações tiverem conseguido receber os respectivos indicativos, sinais de controlo de recepção e uma ou outra informação importante como a localização através da rede " QTH locater ".

  2. A velocidade de transmissão em telegrafia deve ser de forma a que as letras sejam transmitidas à velocidade de 15 a 20 palavras por minuto, mas com um espaçamento tal entre letras que o número de palavras possa ser efectivamente traduzida em 12 a 15 por minuto. Devem por isso ser deixadas pausas mais bem marcadas entre as letras do que na operação de telegrafia por código Morse " normal " para se evitarem ao máximo os erros.

  3. Não devem ser confirmados os contactos antes de ambas as estações terem conseguido receber os dois indicativos sem falhas.

  4. O relatório de recepção deve diferir do habitual sistema em HF por razões óbvias. Tem interesse atribuir um relatório quando se conclui o contacto, isto é, se ambas as estações tiverem conseguido receber os dois indicativos sem falhas. Neste caso, quando o sinal é suficiente para a mensagem ser apenas parcialmente compreensível em cada tentativa porque a recepção foi verdadeiramente difícil, deve ser atribuído na escala RST um 339. Para um sinal de compreensão aceitável na recepção, com poucas falhas de conteúdo da mensagem em cada tentativa, atribui-se o valor 449. O relatório de 559 fica reservado para um sinal que embora fraco, ( ou ainda abaixo de 0 ), seja considerado já bastante forte para o normal em reflexão lunar, proporcionando uma clara recepção de todo o conteúdo da mensagem sem erros nem lacunas em cada câmbio. As combinações também são possíveis, por exemplo, 439 será um relatório de recepção atribuído a um sinal muito fraco em que, por condições especiais, houve uma quase total recepção dos conteúdos da mensagem na integra em cada tentativa, e assim sucessivamente.

  5. Contactos incompletos devem terminar ao fim de 30 minutos quando houver uma marcação organizada para várias estações ( agendamento ). Caso contrário outras estações marcadas podem perder uma oportunidade de contacto naquela frequência. É preferível adiar para uma oportunidade com maior conjugação de factores favoráveis ou depois de serem feitas algumas melhorias e ajustes à estação. Tentativas particulares mesmo de contactos programados não ficam dependentes deste procedimento.

  6. Quando se encontrarem duas estações em QSO em que uma delas possui capacidades para modificar a polarização e a outra não, a primeira deve procurar tentar ir ao encontro da outra, transmitindo só em segundo lugar para ter tempo para se adaptar ao sinal da estação que não tem possibilidades de mudar a polarização. Devido aos factores físicos que influenciam a polarização nos contactos por reflexão lunar é conveniente que as estações que podem controlar a polarização dos seus sinais estabelecem formas de obviar às circunstâncias como emitir na horizontal e receber na vertical, etc.

 

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