Kapitel 15: DX, Relais und Satelliten¶

Lernziele¶

Nach diesem Kapitel solltest du:

erklären können, was im Amateurfunk unter DX verstanden wird
die wichtigsten Voraussetzungen für erfolgreiche DX-Verbindungen kennen
verstehen, weshalb Frequenz, Tageszeit, Ausbreitungsbedingungen und Abstrahlwinkel für DX wichtig sind
einen Pile-up grundsätzlich verstehen und sich darin korrekt verhalten können
Simplex- und Relaisbetrieb unterscheiden können
Ein- und Ausgabefrequenz eines Relais verstehen
Ablage beziehungsweise Shift eines Relais erklären können
die Aufgabe von CTCSS und anderen Zugangsverfahren einordnen können
verstehen, weshalb ein Relais eine grössere Reichweite ermöglicht
Uplink und Downlink eines Amateurfunksatelliten unterscheiden können
das Grundprinzip eines Satellitentransponders erklären können
Azimut, Elevation und Überflug eines Satelliten verstehen
den Dopplereffekt bei Satellitenverbindungen erklären können
verstehen, weshalb Frequenznachführung und geeignete Polarisation beim Satellitenbetrieb wichtig sind

Hinweis zu HB3 und HB9: DX, Relais und Satelliten verbinden mehrere prüfungsrelevante Themen wie Wellenausbreitung, Frequenzbereiche, Antennen, Betriebsarten und Vorschriften. Nicht jede hier beschriebene praktische Betriebstechnik wird vom BAKOM als eigener Prüfungspunkt aufgeführt. Das Kapitel soll deshalb sowohl Prüfungsvorbereitung als auch praktisches Verständnis vermitteln.

Abkürzungen und Begriffe¶

Begriff	Bedeutung
DX	Funkverbindung über grosse Entfernung
DXCC	System von Funkgebieten beziehungsweise DXCC Entities
QSO	Funkverbindung
Pile-up	viele Stationen rufen gleichzeitig eine gesuchte Station
Split	Senden und Empfangen auf unterschiedlichen Frequenzen
Simplex	Senden und Empfangen auf derselben Frequenz
Duplex	Senden und Empfangen auf unterschiedlichen Frequenzen
Repeater	Relaisfunkstelle
Shift	Frequenzabstand zwischen Relaisausgabe und Relaiseingabe
CTCSS	Continuous Tone Coded Squelch System
Uplink	Funkweg von der Erde zum Satelliten
Downlink	Funkweg vom Satelliten zur Erde
Transponder	Einrichtung, die empfangene Signale auf anderen Frequenzen wieder aussendet
Azimut	horizontale Richtung zum Satelliten
Elevation	Höhenwinkel über dem Horizont
Footprint	von einem Satelliten erreichbares Gebiet auf der Erde
LEO	Low Earth Orbit
Doppler	scheinbare Frequenzänderung durch Relativbewegung

Der rote Faden¶

Dieses Kapitel behandelt drei sehr unterschiedliche Möglichkeiten, die Reichweite einer Amateurfunkstation zu vergrössern.

DX¶

Die Funkwelle selbst überbrückt eine grosse Entfernung, beispielsweise über die Ionosphäre.

Relais¶

Eine hoch gelegene Empfangs- und Sendestation nimmt das Signal auf und sendet es auf einer anderen Frequenz wieder aus.

Satellit¶

Eine Funkstation im Weltraum empfängt Signale von der Erde und sendet sie wieder zur Erde zurück.

Vereinfacht:

DX

→ Ausbreitung nutzen

Relais

→ terrestrische Zwischenstation nutzen

Satellit

→ Raumstation als Zwischenstation nutzen

Teil 1: DX¶

Was bedeutet DX?¶

Im Amateurfunk steht DX für Funkverbindungen über grosse Entfernungen.

Eine exakt festgelegte Mindestdistanz gibt es dafür nicht.

Auf Kurzwelle meint DX häufig internationale oder interkontinentale Verbindungen.

Auf VHF und UHF kann bereits eine Verbindung über einige hundert Kilometer als bemerkenswerte DX-Verbindung gelten.

Der Begriff hängt deshalb auch vom verwendeten Frequenzbereich ab.

DX auf Kurzwelle¶

Kurzwellen-DX beruht hauptsächlich auf der Raumwellenausbreitung über die Ionosphäre.

Die Grundlagen wurden in Kapitel 8 behandelt.

Besonders wichtig sind:

Frequenz
Tageszeit
Jahreszeit
Sonnenaktivität
Zustand der Ionosphäre
Abstrahlwinkel der Antenne
Funkrichtung

Für grosse Entfernungen ist grundsätzlich ein eher flacher Abstrahlwinkel günstig.

In den schweizerischen Ausbildungsunterlagen wird für interkontinentale Kurzwellenverbindungen als typische Grössenordnung ein Abstrahlwinkel von ungefähr 5 bis 15° genannt.

Mehr Leistung ist nicht automatisch mehr DX¶

Eine erfolgreiche DX-Verbindung hängt nicht nur von der Sendeleistung ab.

Mindestens ebenso wichtig können sein:

geeignete Frequenz
geeignete Tageszeit
gute Antenne
niedriger Abstrahlwinkel
geringe Leitungsverluste
störungsarmer Empfang
gute Betriebstechnik

Bei günstigen Ausbreitungsbedingungen können mit überraschend kleiner Leistung interkontinentale Verbindungen möglich sein.

Bei geschlossener Ausbreitung hilft dagegen selbst eine sehr hohe Leistung möglicherweise wenig.

Das richtige Band zur richtigen Zeit¶

Aus Kapitel 8 kennen wir:

MUF

Maximum Usable Frequency

und:

LUF

Lowest Usable Frequency.

Für einen ionosphärischen Funkweg muss die verwendete Frequenz grundsätzlich in einem geeigneten Bereich zwischen diesen Grenzen liegen.

In der Praxis bedeutet dies grob:

Tiefere Kurzwellenbänder¶

häufig besonders gut:

nachts
während der Dämmerung
für längere Verbindungen bei geringer D-Schicht-Absorption

Höhere Kurzwellenbänder¶

häufig besonders gut:

tagsüber
bei höherer Sonnenaktivität
wenn die Ionisation der F-Schicht ausreichend stark ist

Diese Regeln sind Tendenzen und keine Garantie.

Die Ionosphäre verändert sich ständig.

Sonnenfleckenzyklus und DX¶

Der Sonnenfleckenzyklus dauert ungefähr:

11 Jahre

Bei hoher Sonnenaktivität steigt häufig die Ionisation der oberen Atmosphäre.

Dadurch können höhere Kurzwellenfrequenzen über grosse Entfernungen nutzbar werden.

Insbesondere die oberen KW-Bänder können dann weltweit ausgezeichnete Bedingungen bieten.

Bei geringer Sonnenaktivität sinkt die MUF häufig.

Dann gewinnen niedrigere Frequenzen für DX an Bedeutung.

Greyline¶

Besonders interessante Ausbreitungsbedingungen können entlang der Grenze zwischen Tag und Nacht entstehen.

Diese Zone wird im Amateurfunk häufig als:

Greyline

bezeichnet.

Entlang dieser Dämmerungszone kann auf bestimmten Kurzwellenbändern die D-Schicht bereits schwächer geworden sein, während die höheren ionosphärischen Schichten noch ausreichend ionisiert sind.

Dadurch können zeitweise ungewöhnlich gute Fernverbindungen entstehen.

Greyline ist ein praktischer DX-Begriff und kein eigener grundlegender physikalischer Mechanismus.

Long Path und Short Path¶

Zwischen zwei Stationen gibt es auf der Erde grundsätzlich zwei Richtungen entlang eines Grosskreises.

Short Path¶

Der kürzere Weg zwischen beiden Stationen.

Long Path¶

Der längere Weg um die andere Seite der Erde.

Unter geeigneten ionosphärischen Bedingungen kann eine DX-Station über den Long Path stärker hörbar sein als über den geometrisch kürzeren Weg.

Bei Richtantennen kann deshalb bereits das Drehen der Antenne in die scheinbar falsche Richtung einen überraschenden Empfang ermöglichen.

DX mit Richtantennen¶

Eine Richtantenne besitzt gegenüber einer Rundstrahlantenne mehrere Vorteile.

Sie kann:

Energie bevorzugt in die gewünschte Richtung abstrahlen
Signale aus dieser Richtung stärker empfangen
Störungen aus anderen Richtungen vermindern

Für DX sind deshalb beispielsweise Yagi- oder Quad-Antennen beliebt.

Eine Richtantenne erzeugt jedoch keine zusätzliche Senderleistung.

Sie verteilt die vorhandene Leistung bevorzugt in bestimmte Richtungen.

Empfang ist mindestens so wichtig wie Senden¶

Eine Station muss nicht nur gehört werden.

Sie muss die Gegenstation auch selbst hören können.

Ein starkes lokales Störniveau kann deshalb DX wesentlich stärker begrenzen als fehlende Sendeleistung.

Wichtige Faktoren sind:

störungsarme Antenne
geeignete Antennenrichtung
schmale Empfangsfilter
geringe lokale Störungen
passende Betriebsart
gute Bedienung des Empfängers

DX ist deshalb ebenso sehr eine Empfangsdisziplin wie eine Sendedisziplin.

Pile-up¶

Besonders seltene oder gesuchte Stationen werden häufig von vielen Amateurfunkstationen gleichzeitig angerufen.

Dieses gleichzeitige Rufen wird als:

Pile-up

bezeichnet.

Die DX-Station versucht daraus einzelne Rufzeichen aufzunehmen.

Verhalten im Pile-up¶

Der wichtigste Grundsatz lautet:

Zuerst zuhören und verstehen, wie die DX-Station arbeitet.

Vor dem eigenen Ruf sollte geklärt werden:

arbeitet die Station Simplex oder Split?
welche Stationen beantwortet sie?
wo hört sie?
verwendet sie bestimmte Rufzeichengebiete?
wie lange dauern die QSOs?

Blindes Dauer-Rufen erschwert den Betrieb für alle Beteiligten.

Split-Betrieb¶

Bei starkem Pile-up arbeitet die DX-Station häufig im:

Split-Betrieb

Sie sendet beispielsweise auf einer Frequenz und hört einige Kilohertz höher.

Die DX-Station könnte beispielsweise senden auf:

14,195 MHz

und sagen:

Listening 5 up.

Dann hört sie ungefähr auf:

14,200 MHz

Die anrufenden Stationen senden also nicht auf der Frequenz der DX-Station.

Dadurch bleibt deren Sendefrequenz frei und verständlich.

Drei Dinge, die man nicht verwechseln darf¶

Begriff	Bedeutung
Simplex	Senden und Empfangen auf derselben Frequenz
Split	Senden und Empfangen auf unterschiedlichen Frequenzen
Pile-up	viele Stationen rufen dieselbe Station

DXCC und Funkgebiete¶

Im DX-Betrieb wird häufig nicht nur gezählt, wie viele politische Staaten erreicht wurden.

Für verschiedene Amateurfunkdiplome werden sogenannte:

DXCC Entities

verwendet.

Eine DXCC Entity entspricht nicht zwingend exakt einem souveränen Staat.

Bestimmte Inseln oder geografisch getrennte Gebiete können als eigene Entity behandelt werden.

Für das technische und schweizerische Prüfungswissen ist diese Unterscheidung normalerweise nicht zentral, für praktischen DX-Betrieb aber wichtig.

DX-Pedition¶

Eine Gruppe von Funkamateuren kann gezielt ein selten aktives Gebiet besuchen, um von dort Funkbetrieb durchzuführen.

Eine solche Unternehmung nennt man:

DX-Pedition

Besonders seltene Gebiete können dadurch innerhalb weniger Tage Zehntausende Funkverbindungen erzeugen.

Dabei entstehen oft grosse internationale Pile-ups.

Teil 2: Relaisfunk¶

Warum gibt es Relais?¶

VHF- und UHF-Signale breiten sich überwiegend quasioptisch und über die Troposphäre aus.

Berge, Gebäude und die Erdkrümmung begrenzen deshalb die direkte Reichweite.

Eine Relaisfunkstelle wird häufig an einem besonders hohen Standort aufgebaut, beispielsweise:

Berg
Hochhaus
Sendeturm

Dadurch besitzt sie einen wesentlich grösseren Funkhorizont als eine Handfunkstation am Boden.

Grundprinzip¶

Ein Relais empfängt ein Signal auf einer Frequenz und sendet es auf einer anderen Frequenz wieder aus.

Vereinfacht:

Funkgerät A  →  Relais  →  Funkgerät B

Beide Funkgeräte müssen das Relais erreichen können.

Sie müssen sich dagegen nicht zwingend direkt gegenseitig hören.

Eingabe und Ausgabe¶

Das Relais besitzt grundsätzlich:

Eingabefrequenz

Die Frequenz, auf der es die Benutzer empfängt.

und:

Ausgabefrequenz

Die Frequenz, auf der es die empfangenen Signale wieder aussendet.

Aus Sicht des Benutzers gilt:

Ich sende auf der Eingabe des Relais.

Ich höre auf der Ausgabe des Relais.

Ablage oder Shift¶

Der Frequenzunterschied zwischen Eingabe und Ausgabe wird als:

Ablage
Shift
Offset

bezeichnet.

Ein Funkgerät kann beim Relaisbetrieb automatisch beim Drücken der Sendetaste auf die Eingabefrequenz wechseln und beim Loslassen wieder auf der Ausgabefrequenz empfangen.

Die konkreten Ablagen hängen vom Frequenzbereich und vom verwendeten Relaiskanal ab.

Sie sollten deshalb nicht aus einer allgemeinen Faustregel abgeleitet, sondern aus den aktuellen schweizerischen Relais- beziehungsweise Bandplaninformationen übernommen werden.

Positiver und negativer Shift¶

Liegt die Eingabefrequenz oberhalb der Ausgabefrequenz, spricht man häufig von einem:

positiven Shift

Liegt sie darunter:

negativer Shift

Entscheidend ist nicht die Bezeichnung, sondern dass das Funkgerät auf der korrekten Eingabefrequenz sendet.

Warum kann ein Relais gleichzeitig empfangen und senden?¶

Viele klassische Relais empfangen und senden gleichzeitig auf unterschiedlichen Frequenzen.

Dabei besteht eine technische Herausforderung:

Der eigene Sender des Relais ist unmittelbar neben dem eigenen empfindlichen Empfänger in Betrieb.

Damit der starke Sender den Empfänger nicht blockiert, werden sehr selektive Filter eingesetzt.

Eine häufig verwendete Einrichtung ist ein:

Duplexer

Damit können Sender und Empfänger unter bestimmten Bedingungen sogar dieselbe Antenne verwenden.

Duplexer¶

Ein Duplexer besteht aus sehr selektiven HF-Filtern.

Er sorgt dafür, dass:

die Senderleistung zur Antenne gelangt
möglichst wenig Senderleistung in den Empfängereingang gelangt
das schwache Empfangssignal trotzdem den Empfänger erreicht

Die notwendige Isolation zwischen Sender und Empfänger kann sehr gross sein.

Dies zeigt, weshalb eine Relaisstation technisch deutlich anspruchsvoller ist als lediglich zwei zusammengeschaltete Funkgeräte.

Relaiszugang¶

Nicht jedes Signal auf der Eingabefrequenz soll zwangsläufig das Relais öffnen.

Dafür können verschiedene Verfahren verwendet werden.

Ein bekanntes Verfahren ist:

CTCSS

CTCSS¶

CTCSS bedeutet:

Continuous Tone Coded Squelch System

Zusätzlich zur Sprache wird ein tiefer Ton übertragen.

Das Relais öffnet nur, wenn der erwartete Ton erkannt wird.

Dieser Ton liegt unterhalb des normalen Sprachbereichs und wird vom Benutzer häufig kaum wahrgenommen.

CTCSS ist kein Verschlüsselungsverfahren.

Es verhindert nicht, dass andere Stationen das Signal empfangen können.

Es dient hauptsächlich der gezielten Aktivierung beziehungsweise Selektion.

1750-Hz-Rufton¶

Historisch wurden viele europäische FM-Relais mit einem:

1750-Hz-Rufton

geöffnet.

Heute verwenden zahlreiche Anlagen andere Verfahren, insbesondere CTCSS.

Welche Methode notwendig ist, hängt vom konkreten Relais ab.

Deshalb muss die jeweilige Relaisinformation beachtet werden.

Squelch¶

Squelch (Rauschsperre, siehe Kapitel 9) schaltet den Lautsprecher stumm, solange kein ausreichendes Signal vorhanden ist.

Squelch und CTCSS dürfen nicht verwechselt werden.

Squelch¶

reagiert grundsätzlich auf das empfangene Signal beziehungsweise dessen Eigenschaften.

CTCSS¶

erfordert zusätzlich einen bestimmten Ton.

Relaisreichweite¶

Die Reichweite wird wesentlich bestimmt durch:

Höhe des Relaisstandorts
Gelände
Antennen
Frequenz
Senderleistung
Empfängerempfindlichkeit
Verluste der Speiseleitungen
Standort der Benutzerstation

Eine Handfunkstation mit wenigen Watt kann über ein hoch gelegenes Relais eine Verbindung über eine Distanz herstellen, die direkt nicht möglich wäre.

Relaisbetrieb ist kein Reichweitenbeweis der eigenen Station¶

Wenn zwei Handfunkgeräte über ein weit entferntes Relais miteinander sprechen können, bedeutet dies nicht, dass dieselbe Entfernung im Simplexbetrieb möglich wäre.

Beim Relaisbetrieb bestehen tatsächlich zwei getrennte Funkwege:

Station A → Relais

und:

Relais → Station B

Der hohe Standort des Relais ist der entscheidende Vorteil.

Simplex zuerst?¶

Für lokale Verbindungen kann eine direkte Simplexfrequenz sinnvoll sein, wenn sich beide Stationen problemlos hören.

Damit wird kein Relaiskanal unnötig belegt.

Ein Relais ist besonders nützlich, wenn:

direkte Verbindung nicht möglich ist
mobile oder portable Stationen beteiligt sind
grössere regionale Reichweite erforderlich ist

Verhalten auf Relais¶

Ein Relais ist ein gemeinsam genutzter Funkkanal.

Deshalb sind einige einfache Gewohnheiten sinnvoll:

vor dem Senden hören
Rufzeichen deutlich nennen
zwischen Durchgängen kurze Pausen lassen
keine unnötig langen Monologe
andere Stationen nicht absichtlich blockieren

Kurze Pausen zwischen den Durchgängen geben auch einer weiteren Station die Möglichkeit, sich bemerkbar zu machen.

Digitale Sprachrelais¶

Neben analogem FM existieren digitale Sprachsysteme.

Dabei können Relais beispielsweise digitale Sprachsignale empfangen und weiterleiten.

Je nach System können zusätzliche Funktionen möglich sein, beispielsweise:

Rufzeichenübertragung
Gruppenkommunikation
Vernetzung mehrerer Relais über Datennetze

Technisch muss dabei unterschieden werden zwischen:

Funkverbindung zum Relais

und:

eventueller Vernetzung zwischen Relaisstandorten

Eine über das Internet verbundene Relaiskette ist nicht dasselbe wie eine rein über Funk überbrückte Strecke.

Teil 3: Amateurfunksatelliten¶

Amateurfunk im Weltraum¶

Amateurfunksatelliten ermöglichen Funkverbindungen über Raumstationen, die den Amateurfunkdienst unterstützen.

Das internationale Radioreglement kennt dafür ausdrücklich den:

Amateurfunkdienst über Satelliten

Die entsprechenden Bestimmungen werden grundsätzlich auch auf diesen Dienst angewendet.

Die aktuellen schweizerischen BAKOM-Hilfstabellen unterscheiden bei den Frequenzbereichen ausdrücklich zwischen terrestrischen Verbindungen und Verbindungen über Amateurfunksatelliten. Nicht jedes terrestrisch zugelassene Amateurfunkband darf automatisch auch für Satellitenverbindungen verwendet werden.

Grundprinzip¶

Ein Amateurfunksatellit kann vereinfacht als Relaisstation im Weltraum betrachtet werden.

Eine Bodenstation sendet zum Satelliten:

Uplink

Der Satellit empfängt das Signal und sendet es wieder zur Erde:

Downlink

Vereinfacht:

Station A
    \
     \ Uplink
      \
    Satellit
      /
     / Downlink
    /
Station B

Uplink und Downlink¶

Diese beiden Begriffe dürfen nicht verwechselt werden.

Uplink¶

Erde → Satellit

Downlink¶

Satellit → Erde

Die Frequenzen von Uplink und Downlink sind normalerweise unterschiedlich.

Dadurch kann der Satellit Signale empfangen und gleichzeitig auf einem anderen Frequenzbereich wieder aussenden.

Warum sind unterschiedliche Frequenzen sinnvoll?¶

Würde der Satellit unmittelbar auf derselben Frequenz senden, auf der er empfängt, müsste sein extrem schwacher Empfänger unmittelbar neben einem eigenen Sender auf derselben Frequenz arbeiten.

Durch getrennte Frequenzbereiche wird die notwendige Isolation wesentlich einfacher.

Ein ähnliches Prinzip kennen wir vom terrestrischen Relais.

Transponder¶

Die zentrale Funkbaugruppe vieler Amateurfunksatelliten ist der:

Transponder

Er empfängt Signale auf einem Frequenzbereich und überträgt sie auf einen anderen.

Grundsätzlich können verschiedene Transpondertypen verwendet werden.

FM-Satellit¶

Ein FM-Satellit kann sich aus Sicht der Benutzer ähnlich wie ein einzelner Relaiskanal verhalten.

Nur eine begrenzte Zahl von Benutzern kann gleichzeitig sinnvoll kommunizieren.

Wenn mehrere Stationen gleichzeitig senden, kann aufgrund des FM-Capture-Effekts eine stärkere Station eine schwächere verdrängen.

Deshalb ist Funkdisziplin besonders wichtig.

Lineartransponder¶

Ein Lineartransponder überträgt einen ganzen Frequenzbereich.

Innerhalb dieses Bereichs können gleichzeitig mehrere schmalbandige Signale übertragen werden, beispielsweise:

CW
SSB

Man spricht deshalb häufig von einem:

Passband

Die Benutzer verteilen sich innerhalb dieses Durchlassbereichs.

Invertierender Transponder¶

Bei bestimmten Lineartranspondern wird die Frequenzlage invertiert.

Eine höhere Uplinkfrequenz kann dann einer niedrigeren Downlinkfrequenz entsprechen.

Das bedeutet auch, dass beispielsweise:

USB im Uplink

als:

LSB im Downlink

erscheinen kann.

Welche Betriebsart und Frequenzbeziehung gilt, hängt vom jeweiligen Satelliten beziehungsweise Transponder ab.

Umlaufbahn¶

Viele klassische Amateurfunksatelliten befinden sich in einer relativ niedrigen Erdumlaufbahn.

Diese wird als:

LEO

bezeichnet.

LEO bedeutet:

Low Earth Orbit

Solche Satelliten bewegen sich aus Sicht einer Bodenstation schnell über den Himmel.

Ein nutzbarer Überflug dauert deshalb häufig nur wenige Minuten.

Der Satellit steht nicht am Himmel¶

Ein LEO-Satellit erscheint beispielsweise:

am Horizont
steigt höher
erreicht einen höchsten Punkt
sinkt wieder
verschwindet am anderen Horizont

Während dieses kurzen Zeitraums verändern sich:

Entfernung
Richtung
Elevation
Dopplerverschiebung
Signalstärke

Der Satellitenbetrieb ist deshalb dynamischer als der Betrieb über ein festes terrestrisches Relais.

Azimut¶

Der:

Azimut

beschreibt die horizontale Richtung zum Satelliten.

Üblicherweise wird der Winkel von Norden aus angegeben.

Beispielsweise:

0° = Norden
90° = Osten
180° = Süden
270° = Westen

Elevation¶

Die:

Elevation

beschreibt die Höhe des Satelliten über dem Horizont.

Dabei gilt:

0°

→ direkt am Horizont

90°

→ senkrecht über der Station

Ein Überflug mit hoher maximaler Elevation ist häufig besonders günstig, weil der Funkweg kürzer ist.

AOS, LOS und Maximum Elevation¶

In der Satellitenpraxis begegnen einem häufig folgende Begriffe:

AOS

Acquisition of Signal

Zeitpunkt, an dem der Satellit für die Bodenstation nutzbar beziehungsweise sichtbar wird.

LOS

Loss of Signal

Zeitpunkt, an dem der Satellit wieder unter dem Funkhorizont verschwindet.

Maximum Elevation

höchster Punkt des betreffenden Überflugs.

Footprint¶

Der Bereich der Erdoberfläche, von dem aus ein Satellit gleichzeitig erreicht werden kann, wird als:

Footprint

bezeichnet.

Zwei Bodenstationen können über den Satelliten miteinander kommunizieren, wenn sie sich gleichzeitig innerhalb des nutzbaren Footprints befinden.

Der Satellit muss also von beiden Stationen gleichzeitig erreichbar sein.

Warum ermöglicht ein höherer Satellit grössere Entfernungen?¶

Je höher sich ein Satellit befindet, desto grösser kann grundsätzlich das gleichzeitig sichtbare Gebiet auf der Erde werden.

Damit können Bodenstationen weiter voneinander entfernt sein.

Dafür steigt allerdings auch die Funkstrecke.

Das bedeutet:

höhere Freiraumdämpfung
längere Signallaufzeit
andere Anforderungen an die Funkverbindung

Freiraumdämpfung¶

Auch im nahezu leeren Raum wird ein Funksignal mit zunehmender Entfernung schwächer.

Die Energie verteilt sich über eine immer grössere Fläche.

Dieser Zusammenhang wird als:

Freiraumdämpfung

bezeichnet.

Ein Satellit benötigt deshalb nicht zwingend eine grosse Sendeleistung, wenn:

die Entfernung relativ klein ist
geeignete Antennen verwendet werden
der Empfänger empfindlich genug ist

Umgekehrt kann eine grössere Entfernung hohe Anforderungen an das Gesamtsystem stellen.

Link Budget¶

Für anspruchsvollere Satellitenverbindungen betrachtet man die gesamte Funkstrecke als:

Link Budget

Dabei werden unter anderem berücksichtigt:

Sendeleistung
Antennengewinn
Leitungsverluste
Freiraumdämpfung
Empfangsantennengewinn
Empfängerempfindlichkeit

Das ist im Prinzip eine Leistungsbilanz für den gesamten Funkweg.

Dopplereffekt¶

Der Satellit bewegt sich mit hoher Geschwindigkeit relativ zur Bodenstation.

Dadurch verändert sich die empfangene Frequenz.

Dieses Phänomen heisst:

Dopplereffekt

Wir kennen denselben Effekt aus der Akustik.

Eine sich nähernde Sirene klingt höher.

Eine sich entfernende Sirene klingt tiefer.

Bei Funkwellen verändert sich entsprechend die empfangene Frequenz.

Beim Annähern¶

Nähert sich der Satellit:

empfangene Frequenz höher

Beim Entfernen¶

Entfernt sich der Satellit:

empfangene Frequenz tiefer

Die Frequenzänderung ist besonders auf höheren Frequenzen deutlich.

HB9-Vertiefung: Dopplerverschiebung¶

Für kleine Geschwindigkeiten gegenüber der Lichtgeschwindigkeit kann näherungsweise geschrieben werden:

\[ \frac{\Delta f}{f} \approx \frac{v}{c} \]

beziehungsweise:

\[ \Delta f \approx f \cdot \frac{v}{c} \]

Dabei gilt:

\(\Delta f\) = Frequenzverschiebung
\(f\) = Funkfrequenz
\(v\) = Relativgeschwindigkeit
\(c\) = Lichtgeschwindigkeit

Damit erkennt man:

Bei gleicher Geschwindigkeit nimmt die absolute Dopplerverschiebung mit steigender Funkfrequenz zu.

Beispiel¶

Eine bestimmte Relativbewegung verursacht bei:

\[ 145\ \mathrm{MHz} \]

eine Dopplerverschiebung von beispielsweise ungefähr:

\[ 3\ \mathrm{kHz} \]

Unter ansonsten gleichen Bedingungen wäre die Verschiebung bei:

\[ 435\ \mathrm{MHz} \]

ungefähr dreimal so gross.

Deshalb muss die Frequenz bei UHF-Satellitenbetrieb besonders aufmerksam nachgeführt werden.

Die tatsächliche Verschiebung hängt von der momentanen Relativgeschwindigkeit ab.

Frequenznachführung¶

Während eines Überflugs verändert sich der Dopplereffekt kontinuierlich.

Die Empfangsfrequenz muss deshalb gegebenenfalls während des QSO nachgestellt werden.

Moderne Funkgeräte oder Computerprogramme können diese Korrektur teilweise automatisch durchführen.

Bei FM-Satelliten genügt häufig eine schrittweise Anpassung.

Bei SSB und CW ist eine feinere Nachführung notwendig.

Antennen für Satellitenbetrieb¶

Für erste Versuche können bereits einfache Antennen geeignet sein.

Häufig verwendet werden:

vertikale Rundstrahlantennen
kleine Yagis
gekreuzte Yagis
handgehaltene Richtantennen
zirkular polarisierte Antennen

Da sich ein LEO-Satellit über den Himmel bewegt, muss eine Richtantenne entsprechend nachgeführt werden.

Polarisation¶

Die Polarisation eines Satellitensignals kann sich während eines Überflugs aus Sicht der Bodenstation verändern.

Ursachen können unter anderem sein:

Orientierung des Satelliten
Rotation des Satelliten
räumliche Geometrie des Funkwegs

Mit einer rein linear polarisierten Antenne können deshalb zeitweise deutliche Signaländerungen auftreten.

Zirkulare Polarisation kann bei bestimmten Satellitensystemen Vorteile bieten.

Polarisation Fading¶

Ist die Empfangsantenne linear polarisiert und dreht sich die Polarisation des ankommenden Signals, kann die Signalstärke stark schwanken.

Diese Erscheinung wird häufig als:

Polarisation Fading

wahrgenommen.

Das ist nicht dasselbe wie ionosphärisches Mehrwege-Fading auf Kurzwelle.

Full Duplex¶

Beim Satellitenbetrieb ist es sehr hilfreich, den eigenen Downlink gleichzeitig hören zu können, während man sendet.

Das nennt man:

Full Duplex

Dadurch kann man sofort erkennen:

erreiche ich den Satelliten?
liege ich auf der richtigen Frequenz?
wie stark ist mein Signal?
störe ich eine andere Station?
stimmt meine Dopplerkorrektur?

Besonders bei Lineartranspondern ist dies eine sehr hilfreiche Betriebstechnik.

Nicht mit unnötig hoher Leistung senden¶

Ein Amateurfunksatellit besitzt nur begrenzte Ressourcen.

Besonders bei Lineartranspondern kann ein übermässig starkes Signal:

andere Benutzer verdrängen
den Transponder übersteuern
die Qualität aller Signale verschlechtern

Deshalb gilt auch hier:

Nur so viel Leistung verwenden, wie für eine zuverlässige Verbindung notwendig ist.

Satellit hören, bevor man sendet¶

Ein sinnvoller Ablauf lautet:

Überflug berechnen.
Downlinkfrequenz einstellen.
Satelliten suchen.
Downlink sicher empfangen.
Dopplerverschiebung beobachten.
Erst danach vorsichtig senden.
Eigenes Signal nach Möglichkeit über den Downlink kontrollieren.

Wer den Satelliten nicht empfangen kann, sollte nicht einfach mit hoher Leistung blind senden.

Satellitenbahnen berechnen¶

Damit eine Bodenstation weiss, wann ein Satellit sichtbar ist, werden Bahndaten verwendet.

Programme können daraus berechnen:

AOS
LOS
Azimut
Elevation
Entfernung
Dopplerkorrektur

Damit lässt sich ein Überflug bereits vor Beginn planen.

Warum ändern sich Vorhersagen?¶

Ein Satellit bewegt sich nicht dauerhaft exakt nach einer einmal berechneten idealen Bahn.

Seine Bahndaten werden deshalb regelmässig aktualisiert.

Für gute Vorhersagen sollten aktuelle Bahndaten verwendet werden.

Geostationäre Satelliten¶

Ein geostationärer Satellit befindet sich in grosser Höhe über dem Äquator und umläuft die Erde mit derselben Winkelgeschwindigkeit, mit der sich die Erde dreht.

Aus Sicht einer festen Bodenstation scheint er deshalb nahezu an derselben Position am Himmel zu stehen.

Das unterscheidet ihn grundlegend von einem schnell vorbeiziehenden LEO-Satelliten.

Für eine geostationäre Verbindung muss die Antenne nicht ständig einem schnellen Überflug folgen.

Die wesentlich grössere Entfernung verursacht jedoch eine deutlich grössere Freiraumdämpfung.

Terrestrisches Relais und Satellit im Vergleich¶

Eigenschaft	terrestrisches Relais	Satellit
Standort	fest	bewegt sich beziehungsweise Umlaufbahn
Reichweite	regional	regional bis sehr gross
Richtung	konstant	bei LEO ständig veränderlich
Dopplereffekt	praktisch unbedeutend	wichtig
Sichtbarkeit	normalerweise dauerhaft im Versorgungsgebiet	bei LEO nur während Überflügen
Uplink/Downlink	vorhanden	vorhanden
Höhe	Berg oder Gebäude	Weltraum

Drei Dinge, die man bei Satelliten nicht verwechseln darf¶

Begriff	Bedeutung
Uplink	Erde zum Satelliten
Downlink	Satellit zur Erde
Footprint	gleichzeitig erreichbares Gebiet auf der Erde

Und:

Begriff	Bedeutung
Azimut	horizontale Richtung
Elevation	Winkel über dem Horizont
Doppler	Frequenzverschiebung durch Relativbewegung

Frequenzen und schweizerische Zulassung¶

Nicht jeder Amateurfunkbereich darf für jede Art von Verbindung verwendet werden.

Die aktuellen BAKOM-Hilfstabellen unterscheiden ausdrücklich:

terrestrische Verbindungen
Verbindungen über Amateurfunksatelliten

Für die NOVICE-Zulassung HB3 sind Satellitenverbindungen beispielsweise nur in bestimmten dafür ausgewiesenen Amateurfunkbereichen zulässig.

Die konkreten Frequenzbereiche und Leistungsgrenzen werden deshalb nicht auswendig aus diesem Kapitel übernommen.

Massgebend sind die jeweils aktuellen BAKOM-Hilfstabellen.

Die schweizerischen Frequenz- und Zulassungsbestimmungen behandeln wir ausführlicher in Kapitel 17.

Lernschema DX¶

Bei einer DX-Verbindung:

Welches Zielgebiet?
Welche Entfernung?
Welche Tageszeit?
Welches Band ist wahrscheinlich geeignet?
Welche Ausbreitungsbedingungen herrschen?
Welche Antennenrichtung?
Short Path oder Long Path?
Simplex oder Split?
Erst zuhören, dann rufen.

Lernschema Relais¶

Bei einem Relais:

Welche Ausgabefrequenz?
Welche Eingabefrequenz?
Welcher Shift?
Ist CTCSS oder ein anderes Zugangsverfahren notwendig?
Kann ich das Relais hören?
Erreicht mein Signal das Relais?
Kurze Pause zwischen Durchgängen lassen.

Lernschema Satellit¶

Vor einem Satelliten-QSO:

Welcher Satellit?
Wann beginnt der Überflug?
Welcher Uplink?
Welcher Downlink?
Welche Betriebsart?
Welcher Azimut?
Welche Elevation?
Welche Dopplerkorrektur?
Downlink zuerst empfangen.
Mit kleiner geeigneter Leistung senden.
Eigenes Signal möglichst kontrollieren.

Merksätze¶

DX bezeichnet Funkverbindungen über grosse Entfernungen.

Für Kurzwellen-DX ist ein flacher Abstrahlwinkel grundsätzlich günstig.

Die richtige Frequenz und die Ausbreitungsbedingungen sind für DX oft wichtiger als zusätzliche Sendeleistung.

Bei einem Pile-up zuerst zuhören und den Betriebsablauf verstehen.

Beim Split-Betrieb liegen Sende- und Empfangsfrequenz auseinander.

Ein Relais empfängt auf einer Frequenz und sendet auf einer anderen.

Der Frequenzunterschied zwischen Relais-Ein- und Ausgabe wird als Shift beziehungsweise Ablage bezeichnet.

CTCSS ist kein Verschlüsselungsverfahren.

Ein Relais vergrössert die Reichweite vor allem durch seinen günstigen Standort.

Uplink bedeutet Erde zum Satelliten.

Downlink bedeutet Satellit zur Erde.

Azimut beschreibt die Richtung, Elevation die Höhe über dem Horizont.

Bei einem sich nähernden Satelliten wird die Empfangsfrequenz höher, beim sich entfernenden Satelliten tiefer.

Der Dopplereffekt wird bei höheren Funkfrequenzen stärker bemerkbar.

Nicht jedes terrestrisch zugelassene Amateurfunkband ist automatisch für Satellitenfunk zugelassen.

Beim Satellitenbetrieb zuerst hören, danach senden.

Selbstkontrolle¶

Was versteht man im Amateurfunk unter DX?
Welcher Abstrahlwinkel ist grundsätzlich günstig für interkontinentale Kurzwellenverbindungen?
Was ist ein Pile-up?
Was bedeutet Split-Betrieb?
Weshalb kann ein hoch gelegenes Relais grosse Reichweiten ermöglichen?
Was ist der Unterschied zwischen Relaiseingabe und Relaisausgabe?
Was bezeichnet der Shift?
Was ist CTCSS?
Ist CTCSS eine Verschlüsselung?
Was bedeutet Uplink?
Was bedeutet Downlink?
Was ist ein Satellitentransponder?
Was beschreibt der Azimut?
Was beschreibt die Elevation?
Was geschieht mit der empfangenen Frequenz, wenn sich ein Satellit nähert?
Weshalb ist die Dopplerkorrektur auf 70 cm stärker als auf 2 m?
Was bedeutet Footprint?
Weshalb ist Full-Duplex-Betrieb bei Amateurfunksatelliten hilfreich?
Darf jedes in der Schweiz terrestrisch nutzbare Amateurfunkband automatisch auch für Satellitenverbindungen verwendet werden?

Antworten¶

Eine Funkverbindung über grosse Entfernung.
Ein eher flacher Abstrahlwinkel.
Viele Stationen rufen gleichzeitig dieselbe gesuchte Station.
Die Station sendet und empfängt auf unterschiedlichen Frequenzen.
Weil der hohe Standort einen grossen Funkhorizont besitzt.
Auf der Eingabe empfängt das Relais die Benutzer. Auf der Ausgabe sendet es das Signal wieder aus.
Den Frequenzunterschied zwischen Relais-Eingabe und Relais-Ausgabe.
Ein Verfahren, bei dem ein zusätzlicher tiefer Ton zur gezielten Aktivierung beziehungsweise Selektion übertragen wird.
Nein.
Funkweg von der Erde zum Satelliten.
Funkweg vom Satelliten zur Erde.
Eine Einrichtung, die Signale empfängt und in einem anderen Frequenzbereich wieder aussendet.
Die horizontale Richtung zum Satelliten.
Den Höhenwinkel des Satelliten über dem Horizont.
Die empfangene Frequenz wird höher.
Weil die absolute Dopplerverschiebung proportional zur Funkfrequenz zunimmt.
Das von einem Satelliten gleichzeitig erreichbare Gebiet auf der Erdoberfläche.
Weil die Station ihr eigenes über den Satelliten zurückgesendetes Signal kontrollieren kann.
Nein. Es müssen die für Satellitenverbindungen zugelassenen Frequenzbereiche beachtet werden.

Prüfungsbezug HB3 und HB9¶

Dieses Kapitel verbindet mehrere Bereiche des aktuellen schweizerischen Prüfungsstoffs.

Für DX sind insbesondere relevant:

Funkwellenausbreitung
Ionosphäre
MUF und LUF
Abstrahlwinkel
Antenneneigenschaften
Frequenzbereiche
Sendearten

Die schweizerischen Ausbildungsunterlagen behandeln den Zusammenhang zwischen flachem Abstrahlwinkel und interkontinentalem DX ausdrücklich.

Beim Satellitenfunk sind zusätzlich die aktuellen Frequenzzuweisungen wichtig. Die BAKOM-Hilfstabellen unterscheiden ausdrücklich zwischen terrestrischer Nutzung und Amateurfunk-Satellitenverbindungen.

Für das praktische Verständnis sind ausserdem wichtig:

Simplex und Duplex
Relaiseingabe und Relaisausgabe
Shift
CTCSS
Uplink und Downlink
Transponder
Azimut und Elevation
Dopplereffekt
Satelliten-Footprint

Die detaillierten schweizerischen Vorschriften und die aktuell zulässigen Frequenzbereiche folgen in Kapitel 17.

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Kapitel 16: Sicherheit und EMV →