Konzeptentwurf für eine automatische Ausrichtung der Antennen zur Kommunikation mit Satelliten
Damit die Kommunikation mit Satelliten in der Zukunft einfacher und effizienter ablaufen kann, bietet sich eine automatische Ausrichtung der Antennen abhängig von der Flugbahn des jeweiligen Satelliten an. Um das Senden und den Empfang zu verbessern sollten dafür Richtantennen anstatt der Rundstrahlantenne genutzt werden. Aktuell stehen 2 Kreuzyagiantennen (2 m und 70 cm) zur Verfügung, die über ein Rotorsystem in der Elevation verändert werden können. Da die meisten Satelliten diese Frequenzbänder (für Up- und Downlink) nutzen, sind damit schon geeignete Antennen vorhanden. Die Polarisation eines Satellitensignals ist jedoch veränderlich, ein Ausgleichen über ein Drehen der Antenne, wie es per Hand möglich ist, ist bei fest installierten Antennen nicht möglich. Je nach Art der Polarisation und Stärke des Signals kann hier aufgrund des Mehraufwandes eines solchen Ausgleiches ein Verlust hingenommen werden. An der aktuellen Station ist keine horizontale Steuerung (Azimut) verfügbar, weshalb hiermit keine beliebigen Satellitenbahnen verfolgt werden können. Des Weiteren fällt beim Betrieb der Anlage der eingeschränkte Bewegungsradius auf. Dieser Bewegungsradius sollte auch geringe Elevationen (ab 10°) abdecken können. Weitere Anforderungen an ein solches System sind neben den nötigen Sicherheitsaspekten ein Auswählen eines erreichbaren Satelliten vom Labor aus und optimalerweise noch ein Ausgleich des Dopplereffekts.
Um dies zu realisieren, muss das System um einen zweiten Rotor für die horizontale Drehung erweitert werden. Kombiniert mit einer ausreichend großen Bewegungsfreiheit in der Elevation wären somit alle Satellitenlaufbahnen verfolgbar. Bei Betrieb muss stets beachtet werden, den verfahrbaren Schlitten vor der Drehung auf die höchste Position zu bringen, um Kollisionen zu verhindern. Baulich muss sichergestellt werden, dass das Antennensystem ausreichend Platz für die Bewegung hat, bzw. in seiner Bewegung so limitiert wird, dass eine Kollision mit anderen Elementen ausgeschlossen wird. Aus Sicherheitsaspekten ist ein Beobachten der Anlage vor und während des Betriebs zu empfehlen. Hier wäre eine auf dem Dach installierte Kamera eine Option, um dies einem Nutzer im Labor zu ermöglichen. Ein jederzeit verfügbares manuelles Eingreifen in die Steuerung und ein Notausschalter bringen zusätzliche Sicherheit.
Um das Ausrichten zu automatisieren, muss die Bahn eines ausgewählten Satelliten in Steuersignale an die Rotoren umgesetzt werden. Grundsätzlich kann aus den auf Heavens Above verfügbaren Informationen (Aufgang, höchster Punkt, Untergang) eine Überflugskurve approximiert werden. Diese bestimmt den Verfahrweg der Anlage. Die Geschwindigkeit der Bewegung berechnet sich aus der Kurve und der Zeitdauer des Überflugs. Da diese Berechnungen sehr aufwendig sind und viele Parameter umfassen, könnte alternativ auf eine Software wie SatPC32 zurückgegriffen werden, die die Berechnung der Bahnen und der daraus folgenden Steuersignale an die Motoren automatisiert. Hier können die gängigen Amateurfunksatelliten (wie die NOAA-Satelliten) aber auch bspw. die ISS ausgewählt werden. Gängige Rotorsteuerungen werden vom Programm unterstützt. Zusätzlich bietet die Software eine Möglichkeit den Dopplershift auszugleichen. Die exakte Berechnung des Frequenzversatzes ist bei einem überfliegenden Objekt komplex, da die Relativgeschwindigkeit des Objekts zur Bodenstation berücksichtigt werden muss. Dafür muss der Abstand des Satelliten von der Station, Bahngeschwindigkeit und Höhe des Satelliten bekannt sein. Ein exaktes manuelles Nachregeln ist somit kaum möglich. Programme wie SatPC32 übernehmen diese Berechnung und können die Frequenzsteuerung bei einem Transceiver mit passender Schnittstelle (CAT) automatisieren. Alternativ stehen am Markt auch fertige Rotorsysteme und dazugehörige Steuergeräte zur Verfügung. Hier kann auf ein- oder zweiachsige Systeme zurückgegriffen werden. Somit könnten die zwei Yagiantennen an einen solchen Rotor montiert werden. [10]