SatNOGS – DIY Sat-Tracking-System und Groundstation

Das Opensource-Projekt SatNOGS wurde heute bei Hackaday mit dem ersten Preis ausgezeichnet.

Auf dem ersten Blick scheint das ein wirklich vielversprechendes DIY-Projekt zu sein, insb. das entwickelte Trackingsystem „SatNOGS v2 Groundstation“ und die Antennen sehen interessant aus..
Hier für die Ungeduldigen der Link zu SatNOGS.

Ich werde zeitnah weiter berichten, ob sich der Nachbau der Anlage vielleicht als nächstes Projekt in die Bastelkammer schleicht…

Horrido und stay tuned

Inmarsat-Antenne: Halterung und Wetterschutz für LPDA-Platinenantenne ist fertig (Teil 5)

So, nun habe ich den Radome für die Platinen-Antenne fertig gestellt!

Am Wochenende fertigte ich die Verdrahtung an, dichtete die beiden Radome-Schalen am Halterahmen ab, konstruierte passende Schnapphaken, druckte und montiert sie schließlich.

Fertig: Die fertig montierte Platinenantenne mit Radome.

Fertig: Die fertig montierte Platinenantenne mit Radome.

 

Leider war die Verdrahtung mit der RG-174-Koax-Kabels nicht so trivial, wie ich es mir vorgestellt hatte. Insbesondere die sichere Befestigung der Schirmung an der SMA-Buchse war Fummelarbeit. Das Drahtgeflecht ließ sich nicht gut mit der Mutter innen kraftschlüssig anbringen. Daher fertigte ich einen kleinen Kupferblechstreifen an, den ich gut klemmen konnte. Daran verlötete ich anschließend den Schirm. Auch die Länge des Koax-Kabel ist ein zu beachtende Größe: Zu lang dimensioniert und schon bekommt man Probleme, die obere Radome-Hälfte auf den Halterahmen zu montieren. Nach etwas Ausprobieren hat es dann geklappt.

Bevor ich die Radome-Hälften auf dem Halterahmen mehr oder weniger endgültig mit PUR-Dichtmasse anbringen wollte, habe ich zunächst die Gesamtkonstruktion auf Praxistauglichkeit an der dafür vorgesehen Astra-Sat-Schüssel getestet – Ergebnis: Auf 1541,450 MHz konnte ich den Baken-Kanal von Inmarsat C auf 15,4° nicht empfangen (Ein kurzes Video zeigt den Test) – stattdessen ist da offensichtlich nur ein Träger zu empfangen (Änderung vom 21.9). Ich vermute, dass ich mit dem einen eingesetzten LNA4All nicht genug SNR-Abstand bekomme, um den NCS-Kanal zu empfangen. Ich habe daher einen zweiten LNA bestellt, um dann in Reihenschaltung der beiden LNA hoffentlich das Signal zu bekommen!?

 

Vor der endgültigen Montage und Abdichtung der Radome-Hälften teste ich zunächst die RX-Eigenschaften der Antennen-Einheit.

Vor der endgültigen Montage und Abdichtung der Radome-Hälften teste ich zunächst die RX-Eigenschaften der Antennen-Einheit.

Anschließend habe ich daraufhin die beiden Radome-Hälften mit Marston (ex Hylomar) PUR-Dichtmasse gegen Wasser abgedichtet. Nach Applikation der Dichtmasse und einer Ausgasungszeit von ca. 10 Minuten fügte ich die Teile zusammen und fixierte alles provisorisch mit Foldback Clips, denn die Schnapphaken mussten noch konstruiert werden.

Abdichtung der beiden Radome-Hälften auf dem Halterahmen mittels PUR-Dichtmasse.

Abdichtung der beiden Radome-Hälften auf dem Halterahmen mittels PUR-Dichtmasse.

Für die endgültige Konstruktion fehlte mir nämlich noch der endgültige Abstand der oberen zur unteren Kante des Radome-Hälften-Kanten. Dieses Maß konnte ich erst nach der Montage mit der Dichtung ermitteln. Nach dem ich das Maß hatte, machte ich mich an die Konstruktion der Schnapphaken.

Grundlage für die Dimensionierung der Schnapphaken ist diese Anleitung, in der auf Seite 83 ein Beispiel erläutert wird. Manch einer wird sich nun fragen, warum man an ein solches Bauteil einen entsprechenden Aufwand betreiben muss – man könnte das doch auch Pi-mal-Auge machen.

Entscheidend ist, dass der Schnapphaken ausreichend Kraft aufbringt, um die beiden Radome-Hälften zu fixieren. Die Ausgestaltung des Hakens ist zudem so angelegt, dass eine Kombination aus Form- und Kraftschluss entsteht. Zudem müssen die Haken-Schenkel so ausgelegt sein, dass ein mehrmaliges De- und Montieren ohne Beschädigung oder Bruch des Bauteils funktioniert – d.h. die Material-Federungseigenschaft (Elastizität) spielt eine wichtige Rolle.

Entwurfsskizze des Schnapphakens.

Entwurfsskizze des Schnapphakens.

 

STL-Modell des Schnapphakens in Cura. Links sind die Einstellungen gut zu erkennen. Die Brim-Einstellung verschafft dem Bauteil zu einer erhöhten Haftung auf dem Druckbett.

STL-Modell des Schnapphakens in Cura. Links sind die Einstellungen gut zu erkennen. Die Brim-Einstellung verschafft dem Bauteil zu einer erhöhten Haftung auf dem Druckbett.

Interessanterweise funktionieren die Schnapphaken in der gedruckten Form sehr gut – interessant deswegen, da ich die Bauteile mit lediglich 20% Infill gedruckt habe.

Schnapphaken

Schnapphaken

Schnapphaken im Eingriff - Form - und Kraftschluss fixieren die Radome-Hälften.

Schnapphaken im Eingriff – Form – und Kraftschluss fixieren die Radome-Hälften.

Nach der Endmontage des Radomes habe ich die LPDA gleich an die Sat-Schüssel angebracht.

Homemade: Fertige Inmarsat-Antennen-Anlage.

Homemade: Fertige Inmarsat-Antennen-Anlage.

Gut zu erkennen: Die sechs Schnapphaken.

Gut zu erkennen: Die sechs Schnapphaken.

Montiert: Die Platinenantenne mit Radome an der Sat-Schüssel.

Montiert: Die Platinenantenne mit Radome an der Sat-Schüssel.

 

Wer den Radome nachbauen möchte der findet hier wieder alle nötigen Druckdaten.

Für den Nachbau werden, neben den Druckteilen, noch folgende Materialien benötigt:

1 Stück Platinen-Antenne LPDA 900-2600 MHz von WA5VJB

2 Stück M3x20 Schrauben mit Muttern

1 Stück SMA-Buchse

1 Stück RG-174 Koaxial-Kabel

PUR-Dichtmasse, z.B. Marston Universal Dichtmasse

 

Als Nutzungserweiterung der LPDA denke ich gerade darüber nach, einen Haltegriff für die bisherige Konstruktion zu entwerfen, um diese für RDF einzusetzen. Der Haltegriff soll dabei so ausgestaltet sein, dass ich die Antenne um 90° in der Längsachse drehen kann, um die Polarisation  ändern zu können.

Soweit aus der Bastelkammer.

 

Horrido und stay tuned.

Inmarsat-Antenne: Halterung und Wetterschutz für LPDA-Platinenantenne (Teil 4)

Das Radome-Unterteil ist gestern fertig geworden. Eine erste Probemontage macht einen guten Eindruck – die zukünftigen Dichtflächen sind plan und gewährleisten hoffentlich eine gute Kontaktfläche zu den Dichtgummis.

Bzgl. passende Dichtungsgummis werde ich mich nun einmal im Fachhandel umsehen, was es an günstiger Meterware für den Selbstzuschnitt gibt.

Alternativ kommt ggf. auch Hylomar M, eine dauerplastische Dichtmasse auf PUR-Basis, zum Einsatz. Vorteil dieser Methode ist sicherlich eine geringere Dichtungshöhe, da zuschneidbare Dichtgummis meist ab 1mm Stärke gehandelt werden – das ist für eine solch kleine Baugruppe schon sehr üppig dimensioniert.

Morgen werde ich die Verdrahtung machen.

Hier mal einige Bilder zum derzeitigen Entwicklungsstand:

Radome-Unterteil, Halterahmen mit LPDA-Platinenantenne, Radome-Oberteil mit montierter SMA-Buchse und RG-174-Koax-Kabel (v.l.n.r.).

Radome-Unterteil, Halterahmen mit LPDA-Platinenantenne, Radome-Oberteil mit montierter SMA-Buchse und RG-174-Koax-Kabel (v.l.n.r.).

LPDA-Platinenantenne ist mit zwei M3-Schrauben am Halterahmen montiert.

LPDA-Platinenantenne ist mit zwei M3-Schrauben am Halterahmen montiert.

Der Radome ist fast komplett - es fehlen noch die Gummidichtungen und die Schnapphaken-Klemmen.

Der Radome ist fast komplett – es fehlen noch die Gummidichtungen und die Schnapphaken-Klemmen.

Probemontage des Radomes. Die Metall-Klammern sollen durch Schnapphaken-Klammern aus PLA ersetzt werden.

Probemontage des Radomes. Die Metall-Klammern sollen durch Schnapphaken-Klammern aus PLA ersetzt werden.

 

Horrido und stay tuned…

Inmarsat-Antenne: Halterung und Wetterschutz für LPDA-Platinenantenne (Teil 2)

Vor dem Frühstück habe ich mich auf die Socken gemacht und den gedruckten Halterahmen in Augenschein genommen – sieht gut aus:

Der Halterahmen (rechts) nach dem Druck. Noch ist der breitere Bodenlayer zur Vergrößerung der Haftungsfläche (BRIM) zu erkennen. Der BRIM wird mit dem Cutter entfernt. Links neben dem Halterahmen ist die LPDA-Platinenantenne zu sehen.

Der Halterahmen (rechts) nach dem Druck. Noch ist der breitere Bodenlayer zur Vergrößerung der Haftungsfläche (BRIM) zu erkennen. Der BRIM wird mit dem Cutter entfernt. Links neben dem Halterahmen ist die LPDA-Platinenantenne zu sehen.

 

Nach dem Entgraten habe ich die Platinenantenne gleich mal eingepasst…

Anprobe: Platinenantenne in Halterahmen (Oberseite).

Anprobe: Platinenantenne in Halterahmen (Oberseite).

Anprobe: Platinenantenne im Halterahmen (Unteransicht)

Anprobe: Platinenantenne im Halterahmen (Unteransicht).

Zur entgültigen Fixierung der Platinenantenne im Halterahmen muss ich noch entsprechende Bohrungen in der Platine anbringen und diese dann mit dem Rahmen mit M3-Schrauben verbinden.

Ich habe auch gleich einmal eine Anprobe des Ensembles an der Sat-Antenne gemacht:

LPDA-Platinenantten im Halterahmen an der Sat-Schüssel zur Probe montiert.

LPDA-Platinenantten im Halterahmen an der Sat-Schüssel zur Probe montiert.

LPDA-Antenne zur Probe an der Sat-Schüssel montiert.

LPDA-Antenne zur Probe an der Sat-Schüssel montiert.

 

Jetzt werde ich mir überlegen, wie ich die Radome-Hälften konstruieren muss, wie das Koax-Kabel im Inneren geführt wird, wo ich eine SMA-Buchse positioniere und wie ich die beiden Radomehälften am Halterahmen fixiere (ich tendiere zu einer Schnapphaken-Lösung) und das Ganze abdichte (vermutlich mit zugeschnittenen Gummidichtungen – da bietet sich Dichtungsflachmaterial von Kautasit oder Klinger an).

Bei meinen Recherchen zur konstruktiven Auslegung von Radomen habe ich diesen sehr lehrreichen Artikel gefunden. Demnach empfiehlt es sich, bei einer einwandigen Radomehülle die Wandstärke mit 0.5 Lambda der jeweiligen Sende oder Empfangsfrequenz auszulegen, um die zwangsläufig auftretenden Dämpfung gering zu halten.

Das bedeutet für die RX-Frequenz von 1541 MHz eine Wellenlänge von 19,45 cm. Damit würde sich, wenn man der o.g. Empfehlung folgt, eine Radome-Wandungsstärke von 97mm passend sein – das ist natürlich für diese Konstruktion föllig überdimensioniert. Ich werde daher die Wandungsstärke um ein Vielfaches des Wertes  reduzieren, entweder auf 2,4mm (Faktor 40 kleiner) oder 1,2mm (Faktor 80 kleiner). Bei einer Layerhöhe von 0,2mm würden sich entweder 6 oder 12 gedruckte Layer ergeben. Auch wenn 20% Infill eingestellt sind, würde bei einer 1,2mm-Wandungstärke ein Single Layer Radome entstehen, bei 2,4mm ein Sandwich-Radome – also werde ich die Radomehülle mit einer 1,2mm starken Wandung drucken.

Als Drukmaterial werden die Radome, wie auch den Halterahmen, aus PLA gedruckt. Dieses Material hat eine verhältnismäßig  geringere Dielektrizitätszahl (ich habe im Netz Informationen gefunden, wonach \varepsilon von PLA bei ca. 2.8 liegen soll), ganz im Gegensatz zu ABS (\varepsilon=>4). Ein niedriger Wert wirkt sich ebenfalls positiv auf eine niedrige Dämpfung des Radomes aus.

Nun gilt es eine richtige Geometrie zu finden und dann an die Konstruktion zu gehen.

Also, horrido und stay tuned.

 

Inmarsat-Antenne: Halterung und Wetterschutz für LPDA-Platinenantenne (Teil 1)

Meine Sommerpause beende ich mit einem neuen Projekt: Einer Halterung für eine LPDA-Platinenantenne, die zum Empfang von Inmarsat-Signalen an eine ausgediente Sat-Schüssel montiert werden soll. Die Idee mit der Platinen-Antenne habe ich mir in diesem Film abgeschaut.

Die LPDA-Platinenantenne selbst gibt es für 19 $ inkl. Porto bei WA5VJB .

 

Neben der reinen Befestigungsfunktion soll die Halterung zusätzlich als Wetterschutz für die Platinen-Antenne dienen.

Heute habe ich mich zunächst daran gemacht, einen Halterahmen zu konstruieren. Um den Halterahmen will ich in einem zweiten Schritt ein Art Radome konstruieren, der aus zwei Halbschalen besteht und später mittels Verklebung oder einer Klemmkonstruktion auf die Halterung, die ich als Rahmen ausgelegt habe, montiert wird.

 

LPDA in Platinenform von WA5VJB mit Entwurfsskizze für einen Wetterschutz.

LPDA in Platinenform von WA5VJB mit Entwurfsskizze für einen Wetterschutz.

 

So sieht der entwickelte Halterahmen als 3D-CAD-Modell aus:

Konstruierter Halterahmen für die LPDA.

Konstruierter Halterahmen für die LPDA.

Bevor ich jedoch die Radome-Schalen konstruiere, möchte ich zunächst den zentralen Halterahmen auf Passung hin überprüfen. Daher habe ich heute schon einmal den 3D-Drucker angeworfen. Vorher habe ich das STL-File in Cura gesliced…

Rahmen nach dem slicing in Cura.

Rahmen nach dem slicing in Cura.

 

Druck des Halterahmens: PLA, 20% infill, 0.2mm Layerhöhe, Druckdauer ca. 4h.

Druck des Halterahmens: PLA, 20% infill, 0.2mm Layerhöhe, Druckdauer ca. 4h.

 

Laut Cura braucht der 3D-Druck knapp vier Stunden, d.h. wenn alles klappt, werde ich bei morgigen Frühstück ein ersten Prototypen in der Hand halten.

Also, horrido und stay tuned.

 

Funk: Harte Schale, elektronischer Kern – Gehäuse für HF-Upconverter und LNA‘s

Lange hatte ich keine Zeit, um mich mit Funk-Themen zu beschäftigen. Aber vor einiger Zeit erinnerte ich mich wieder an meinen RTL-SDR-Dongle. Diesen kramte ich aus seinem ruhigen Plätzchen in der hintersten Ecke der Schreibtisch-Schublade hervor und machte einige RX-Experimente mittels Nooelec-Upconverter (diesen hatte ich unbenutzt seit über einem Jahr in der Werkstatt liegen). Was ich schnell zeigte: Ein nicht wirklich berauschender Signalpegel im HF-Bereich. Offensichtlich dämpft der Upconverter so ordentlich, dass nur wenige (Radio)-Station zu hören waren – von AFu ganz zu schwiegen – obwohl ich das RX-Setup an einem sonst ordentlich performenden Dipol betrieb.

Daher entschloss ich mich, mittels vorgeschaltetem LNA dem Signal auf die Beine zu helfen. Im Netz fand ich nach einigen Recherchen den sog. LNA4HF, ein speziell für den HF-Bereich ausgelegter SDR-Upconverter-Verstärker. Fertig bestückt und inkl. Porto für 20,- Euro bestellte ich gleich einen. Wie ich feststellte bietet der kroatische OM 9A4QV, der den LNA entwickelt hat und nun produziert und weltweit über das Internet direkt vertreibt, auch einen LNA für den Frequenz-Bereich über 30 MHz an. Diesen LNA4ALL genannten Verstärker bestellte ich ebenfalls gleich mit.

Nach ein paar Tagen trudelten die beiden kleinen Platinchen per Post ein. Ein erster Funktionsaufbau – und -test beider LNA’s verlief erfolgreich. Wer zur Performance dazu mehr erfahren will, der findet HIER einen entsprechenden Artikel.

Doch die offene Elektronik störte mich. Also konstruierte ich kurzer Hand sowohl für die beiden LNA’s als auch für den Upconverter passende Kunststoffgehäuse, die ich anschließend von einem 3D-Druck-Service ausdrucken lies, da ich zu dem Zeitpunkt noch keinen eigenen 3D-Drucker in der Bastelkammer hatte.

Nach Handskizzen und erster Konstruktion werden vor dem Druck noch einmal alle relevanten Maße kontrolliert.

Nach Handskizzen und erster Konstruktion werden vor dem Druck noch einmal alle relevanten Maße kontrolliert.

Upconverter-Gehäuse in geöffneten Zustand. Die Innnenseiten des Gehäuses wurde später noch mit Aluminium-Tape beklebt, um eine HF-Schirmung sicherzustellen.

Upconverter-Gehäuse in geöffneten Zustand. Die Innnenseiten des Gehäuses wurde später noch mit Aluminium-Tape beklebt, um eine HF-Schirmung sicherzustellen.

Upconverter - Gehäuse in geschlossenem Zustand.

Upconverter – Gehäuse in geschlossenem Zustand.

Für die HF-Schirmung: Aluminium-Tape.

Für die HF-Schirmung: Aluminium-Tape.

Tape ist angebracht.

Tape ist angebracht.

Im LNA-Gehäuse habe ich beide Verstärker nebeneinander angeordnet. Über einen einfachen Kippschalter wird entweder der eine oder aber der andere LNA mit Spannung versorgt, die von der seitlich angeordneten DC-Buchse kommt.

Die Unterseite des LNA-Gehäuses. Die beiden LNA's sind parallel montiert. Mit dem Kippschalter wird die Spannungsversorgung auf den jeweils verwendeten LNA geschaltet.

Die Unterseite des LNA-Gehäuses. Die beiden LNA’s sind parallel montiert. Mit dem Kippschalter wird die Spannungsversorgung auf den jeweils verwendeten LNA geschaltet.

Die Vorderseite - links ist der LNA4HF und rechts der LNA4All montiert. Die Innenseiten des Gehäuses sind mit Aluminium-Tape beklebt, um eine HF_Schirmung zu haben.

Die Vorderseite – links ist der LNA4HF und rechts der LNA4All montiert. Die Innenseiten des Gehäuses sind mit Aluminium-Tape beklebt, um eine HF_Schirmung zu haben.

Die beiden LNA's sind nebeneinander angeordnet. Dazwischen ein Kippschalter, um die Spannungsversorgung auf den jeweils genutzten LNA zu schalten. Links ist die DC-Buchse zu erkennen.

Die beiden LNA’s sind nebeneinander angeordnet. Dazwischen ein Kippschalter, um die Spannungsversorgung auf den jeweils genutzten LNA zu schalten. Links ist die DC-Buchse zu erkennen.

Sauber verstaut...fehlt nur noch die HF-Schirmung mittels Alu-Tape.

Sauber verstaut…fehlt nur noch die HF-Schirmung mittels Alu-Tape.

Zu meiner großen Freude zeigten beide Gehäuse eine wirklich gute Passform. Ich musste lediglich die Stützstrukturen entfernen und mit einem Cutter kleine Unebenheiten an den Gehäusedurchbrechungen leicht abschaben. Um die Gehäuse entsprechend abzuschirmen habe ich auf Aluminium-Tape zurückgegriffen, mit welchem ich die Gehäuse von innen beklebte.

Für Nachbaubegeisterte habe ich hier die Druckdaten (STL) für das Upconverter-Gehäuse und das LNA-Gehäuse zum download bei thingiverse abgelegt.

Zum Nachbau der Gehäuse sind folgende Materialien nötig:

4x M3-Schrauben & Muttern

4 Druckteile: Ober- und Unterteile der beiden Gehäuse

1x SMA-Adapter

Aluminium-Klebeband

2x Kippschalter

1x DC-Einbaubuchse

UHF-Satcom: DIY X-WING-Antenne – die Fertigstellung (Teil 5)

Fertig lackierte UHF-Satcom Antenne.

Fertig lackierte UHF-Satcom Antenne.

 

Heute war in der Post das lange erwartete T-Stück, um die Anpassung- & Speiseleitung endlich verbinden zu können.

Nach der Leitungsverbindung habe ich gleich das HT-Rohr mit dem Bodenstück und der Kreuzdipolmontageplatte mittels 2k Epoxy-Kleber verbunden.

Anschließend grundierte und lackierte ich die Antenne noch.

Hier mal einige Bilder der letzten Arbeiten an der Antenne:

Verbunden: Die 90°-Phasenverschiebung wird durch Koaxial-Umwegleitung erzeugt.

Verbunden: Die 90°-Phasenverschiebung wird durch Koaxial-Umwegleitung erzeugt.

Grundierung der Antenne.

Grundierung der Antenne.

Die UHG-Satcom-Antenne bekommt ihre endgültige Farbe...

Die UHG-Satcom-Antenne bekommt ihre endgültige Farbe…

 

Und so sieht die Antenne nun endgültig aus:

Blick von unten:  Radiale und Kreuzdipol.

Blick von unten: Radiale und Kreuzdipol.

Das HT-Rohr ist mit dem Bodenstück verklebt.

Das HT-Rohr ist mit dem Bodenstück verklebt.

UHF-Satcom-Antenne: Das Stativ mit seinem beweglichen Schwenkkopf ermöglicht die Ausrichtung der Antenne.

UHF-Satcom-Antenne: Das Stativ mit seinem beweglichen Schwenkkopf ermöglicht die Ausrichtung der Antenne.

Blickrichtung Satellit...

Blickrichtung Satellit…

 

Ich hoffe, dass ich am Wochenende dann dazu komme, die Empfangsleistung der Antenne in der Praxis zu erproben.

Dazu dann später mehr.

Horrido und stay tuned.