E.M.E.

1. E.M.E. Door ON5GS

2. Earth – Moon - Earth (Moonbounce) E.M.E. Is een propagatievorm waarbij een signaal vanaf de aarde naar de maan wordt gericht, en gedeeltelijk terug wordt gekaatst naar de aarde. Door de enorme verliezen over dit lange traject en de lage reflectiecoëfficient van de maan, heeft een E.M.E.-station nood aan: - veel effectief uitgestraald vermogen (ERP) - goede ontvangstapparatuur

3. Feiten - Path loss: gigantisch! Perigee 356,400 km = 251.5 dB Apogee 406,700 km = 253.5 dB - De maan beslaat 1 graad in de hemel - De maan reflecteert ongeveer 7% - Ultiemste DX-verbinding, vertragingstijd tussen TX en RX is 2,5 sec. - voor 2000: enkel mogelijk met enorme antenes - na 2000: WSJT maakt EME mogelijk voor iedereen

4. Eerst E.M.E. Project DIANA (USA 1946) - Gemodificeerde SCR-271 radar uit WOII - 3000 Watt op 111MHz - 1/4sec pulsen - Dipool Array (hor) 24dB gain - 10 Januari 1946, 11:58am - John H. DeWitt - Project Diana was het 1ste project van het US space program en de radar astronomie. - Het was de 1ste demonstratie dat artificiëel gecreërde signalen de ionosfeer konden doorboren. Dit opende de mogelijkheid van radiocommunicatie buiten de aarde voor ruimtesondes en bemande ruimtevluchten. - Het zette de trend om ruimteprojecten te noemen naar Romeinse goden (Mercury, Apollo).

5. Amateur Radio EME Firsts - 27 Januari 1953: W4AO and W3GKP hoorden elkaars EME echo's op 144 MHz Geen compleet QSO - 21Juli 1960: W6HB [Eimac Radio Club] and W1BU werkten elkaar op 1296 MHz EME – 1e compleet EME QSO - 11 April 1964: 1e 144 MHz EME QSO - W6DNG en OH1NL - 20 Mei 1964: 1e 432 MHz EME QSO - W1BU en KP4BPZ

6. FIRSTS 1970: First 222 MHz QSO, WB6NMT / W7CNK 1970: First 2.2 GHz QSO, W4HHK / W3GKP 1972: First 50 MHz QSO 1987: First 3.4 GHz, 5.7 GHz QSO 1988: First 902 MHz, 10 GHz QSO 2001: First 24 GHz QSO, W5LUA / VE4MA 2005: First 28 MHz QSO 2005: First 47 GHz QSO, W5LUA / AD6FP / RW3BP

7. Padverliezen vs frequentie

8. Extreme “weak signal” uitdaging Een rekensommetje: Padverlies heen en terug op 144MHz = 251dB (+/-) • 1500w TX-vermogen 62dBm, 32dBw • Antennewinst 19dB → 32+19 = 51dBw • Terugkomend EME-signaal: 51-251 = -200dBw • Antennewinst 19dB → -200+19 = -181dBw = 8 x 10**(-19) watt .0000000000000000008 watt is het vermogen dat aan de preamp wordt geleverd.

9. EME signaalsterkte • Het ontvangen EME-signaal -200dBw • Ter vergelijking: een signaal van een 1 watt portofoon op 10km met een 0dBi antenne, geeft een signaalsterkte van -96dBw aan de ontvangstantenne. Signaalsterkte van de portofoon= -96dBw Signaalsterkte van het gereflecteerde EME-signaal = -200dBw (-96 - (-200)) = 104dB verschil 104 dB = 25.000.000.000 x sterker dan het EME signal

10. Fenomenen die het EME-signaal beïnvloeden - Spatial Polarity - Faraday rotatie - Libration - Sky noise - Declination - Scintillation - Ground gain - Dopler shift

11. Spatial Polarity

12. Spatial Polarity

13. Spatial Polarity

14. Faraday Rotation De ionosfeer bestaat uit een plasma met vrije elektronen. Deze elektronen veroorzaken een verdraaiïng van een lineair gepolariseerd signaal. De dichtheid van deze elektronen varieert dagelijks, en is niet te voorspellen. snellere variatie tijdens sunset en sunrise. Het Faraday effect is evenredig tot het kwadraat van de golflengte, veel rotatie op kortegolf, minder op VHF, veel minder op UHF en verwaarloosbaar op SHF. (op 2m is de rotatie 9x zo groot als op 70cm) Het terugkomend signaal van de maan draait nogmaals in dezelfde richting en dus wordt het faraday effect bij EME versterkt en niet tenietgedaan

15. Faraday Rotation

16. Faraday Rotation Effect op signaalsterkte van EME-signalen Omdat de elektronendichtheid in de ionosfeer niet constant is, zal de faraday rotatie het ontvangen EME-signaal ook constant verdraaien Frequentieafhankelijk: - 30min op 144MHz (verschillende omdraaiïngen) - verschillende uren op 70cm (1 omdraaiïng) - verwaarloosbaar op hogere frequenties Wanneer de spatial polarity 90° verschillend is voor 2 stations, kan de faraday rotatie deze mismatch terug rechttrekken. Veel EME-qso's zouden zonder faraday rotatie niet kunnen plaatsvinden. Faraday rotatie is nuttig maar kan ook zorgen voor een “lockout” wanneer een combinatie van faraday rotatie en spatial polarity(= geometrische rotatie) de ontvangst tenietdoet.

17. Lockout

18. Libration

19. Libration Omdat de maan niet helemaal stil staat tenopzichte de aarde, en het oppervlak van de maan niet effen is maar wel bezaaid is met kraters, is het gereflecteerde signaal constant verschillend en kan tot een positief effect van 10dB (boost) en een negatief effect van 20dB (fading) leiden. Ook op de frequentie heeft de Libration een effect 144MHz: 0,1 – 1 Hz , 1 tot 10 seconden fading 1296MHz: 1 – 10Hz (cw kan zeer verkapt klinken) 10GHz: 10-100Hz (cw klinkt zoals aurorasigalen)

20. Libration Maximale libration flutter tijdens het “zenith” (hoogste maanstand) Minimale libration flutter tijdens moonset en moonrise Lunar libration magnitude varieert periodiek over een periode van 27 dagen. Deze is te voorspellen

21. Sky noise Hemellichamen zoals de zon en de melkweg vormen een bron van ruis. De eliptische baan van de maan rond de aarde (28 dagen) in hetzelfde vlak als de aardse baan rond de zon zorgt ervoor dat af en toe de zon en de maan in elkaars verlengde staan. De zonneruis zorgt dan voor een extra achtergrondruis op het EME-signaal. De beste condities voor minimale sky noise zijn er wanneer de maan ver van alle natuurlijke ruisbronnen verwijderd is

22. Sky noise

23. Declination

24. Declination - Van maximum naar minimum tot terug naar maximum in een maand - hogere declination betekent langere maandoorgangen (low declination = 9u30min, high declination = 14u30min - contesten meestal georganiseerd tijdens hoge declination voor EU/USA

25. Scintillation Onregelmatigheden in de ionosfeer veroorzaakt door zonnestormen 10x groter overdag dan 's nachts Hoe lager de maan, hoe groter het effect Veroorzaakt “twinkelen” van het signaal door de positieve en negatieve invloed en kan het signaal tot 10dB verzwakken of versterken

26. Alle deze fenomenen samen -> EME CONDX

27. Ground Gain ON4KHG & ON7EH, belgische EME stations met 1 yagi zonder elevatie Directe golf en de “door de grond gereflecteerde golf” tellen bij elkaar op en tov de “free-space” dimensions van de antenne, neemt de gain verschillende dB's toe! Enkel bij moonset en moonrise Afh van antennehoogte Geen gebouwen in de buurt Zelfs CW verbindingen

28. ON7EH Ground Gain

29. Dopler Shift • Moonrise op 144 MHz: max +440 Hz • Moonset op 144 MHz: max -440 Hz • Proportioneel tot frequentie: • 9 keer zo groot op 1296 MHz als op 144 MHz • Max 4 kHz on 1296 • Max 30 kHz on 10 GHz • EME Software berekent dit

30. WWW.MMMONVHF.DE

31. ON4KST CHAT

32. N0UK CHAT

33. Voor 2000: EME enkel in CW en SSB Na 2000: WSJT zorgt voor een omwenteling! 2001: FSK441 for meteor scatter 2002: JT44 for EME 2002: JT6M for MS, ionoscatter on 6 m 2003: JT65 for EME, with FEC 2005: JT65 “Deep Search” decoder

34. WSJT: EME voor iedereen toegankelijk! • Maakt QSO mogelijk met allerlaagste signaalsterktes (6dB beter dan oor) • Standaard operating practices • Minimale QSO informatie • Goede QSO rate voor contest, DXpeditions • Betrouwbare QSO informatie • Weinig “false QSOs”

35. WSJT - JT65B 5.4 Hz bandbreedte, 64 tone frequency shift keying [FSK] 65e toon voor synchronisatie Enkel PC met soundkaart nodig

36. JT65, verschil met CW • Gestructureerde messages • Error-correcting code • Gesynchroniseerde transmissies • Averaging • Copy is “all or nothing” • Max 10 dB voordeel

37. Minimaal EME-station m.b.v. WSJT Wie bij NOL kan EME doen? ON4BR – ON4AHF – ON6TM – ON8UK – ON4AST – ON6NL – DL6ZG - ON7YT - yagi antenne 15dBi - 100w - preamp Zelfs mogelijk met minder! Afhankelijk van de grootte van het tegenstation

38. Welke band kiezen? Meest gebruikte EME-band: 2m - meeste activiteit - makkelijkst handelbaar - goedkoopst Ook veel 6m, 70cm en 23cm Tot 47GHz

39. Het kiezen van een antenne Alles begint met de keuze van een geschikte antenne. Een handig hulpmiddel, VE7BQH G/T LIST: - kiezen en evalueren van een geschikt antennedesign - VSWR bandbreedte - front/back - G/T Wat is G/T: (antenne temperatuur) FORWARD GAIN : SOM VAN ALLE ZIJ- en ACHTERLOBBEN Hoe hoger hoe beter!!!!

40. VE7BQH G/T LIST • G/T SIMULATIONS OF A 4 BAY ARRAY • OF YAGI ANTENNAS ON 2 METERS • 144.1 MHz TYPE OF L GAIN E H Ga Tlos Ta F/R Z VSWRG/T ANTENNA (WL) (dBd) (M) (M) (dBd) (K) (K) (dB) (ohms) Bandwidth +G0kSC 6LFA 1.13 9.71 2.60 2.19 15.66 3.20 236.40 24.5 49.3 1.04:1 -5.93 +G0KSC 7LFA 1.39 10.62 2.84 2.49 16.53 1.80 248.90 20.4 48.0 1.19:1 -5.28 G4CQM 7 1.50 10.76 2.89 2.53 16.69 7.90 239.90 23.5 50.7 2.31:1 -4.96 DK7ZB 7 1.57 11.11 3.16 2.84 17.13 5.80 272.60 16.9 28.4 1.64:1 -5.07 G0KSC 8LFA 1.79 11.06 2.94 2.60 17.01 3.60 231.90 24.8 50.0 1.24:1 -4.49 K1FO 10 1.84 11.34 3.10 2.78 17.27 4.30 257.70 16.5 29.4 1.44:1 -4.69 YU7EF 8 1.87 11.31 3.04 2.71 17.23 3.80 242.12 20.0 48.5 1.21:1 -4.46 G4CQM 8 1.90 11.61 3.20 2.88 17.56 9.30 242.60 24.1 50.9 2.52:1 -4.14 BQH8B 1.88 11.60 3.28 2.97 17.62 7.20 259.30 18.0 50.0 1.29:1 -4.37 +G0KSC 8OWL 1.95 11.63 3.13 2.82 17.55 4.60 235.70 25.5 12.5 1.26:1 -4.02 I0JXX 8 2.04 12.11 3.44 3.15 18.09 8.20 254.50 20.4 26.5 3.00:1 -3.82 DK7ZB 8 2.09 11.98 3.35 3.06 17.96 4.70 251.91 27.8 16.9 1.27:1 -3.90 +G0KSC 9OWA 2.09 11.99 3.33 3.04 17.96 4.90 247.00 21.3 49.1 1.30:1 -3.82 +RA3AQ 9S 2.12 12.04 3.35 3.06 18.02 4.70 246.50 22.1 47.1 1.08:1 -3.75 M² 9SSB 2.12 11.99 3.33 3.03 17.95 8.10 244.00 20.7 15.0 1.32:1 -3.71 G0KSC 9LFA 2.14 11.97 3.26 2.94 17.88 5.20 235.10 23.5 50.5 1.08:1-3.68

41. G0KSC Loop Fed Antenna

42. YU7EF low temperature yagis

43. DK7ZB 28ohm yagis

44. Transceiver • ICOM IC-746 • Yaesu FT-847 • Kenwood TS 2000 • Transverter • TX Power • 150 – 200 watt Noise figure +/- 4dB -> streven naar minder dan 1dB -> preamp!

45. Preamp (voorversterker) - Noise Figure (ruisgetal) minder dan 0,5dB - versterking +/- 20dB - coaxverliezen compenseren - meer signaal, minder ruis

46. EME station, configuratie 1

47. EME station, configuratie 2

48. Zeer veel luisteren If you cannot hear them you cannot work them is ook in EME de gouden regel

49. De maan volgen

50. Typisch EME CW QSO • 1 [of 2] minuten sequenties, 12-15 wpm • Het oostelijke station zendt eerst (even minuut) • CQ CQ CQ de ON5GS ON5GS ON5GS… • ON5GS de OK1MS… • OK1MS de ON5GS OOO OOO OOO… • ON5GS de OK1MS RO RO RO… • OK1MS de ON5GS RRR RRR RRR… • ON5GS de OK1MS TNX 73 73 73…