载人航天和业余无线电

by Keith Baker, KB1SF/VA3KSF, [email protected]

本文原题为《载人航天和业余无线电》发表于《监测时报》

（Brasstown, NC 28902）

        本文将把目光聚焦在一颗古老的业余卫星，一颗迄今持续在轨（半操作状态）近47年的业余卫星 OSCAR-7（以下缩写为AO-7）。

开始

        1974年11月15日，AO-7作为Delta 2310火箭的第二载荷与ITOS-G（NOAA 4）卫星、及西班牙的INTASAT卫星一起，在加利福尼亚州隆波克附近的范登堡空军基地发射升空。AO-7是第二颗业余卫星，因此被称为“Phase II”系列卫星（Phase II-B）。“Phase II”系列卫星不像之前在轨时间较短的业余卫星那样只携带了信标发射机，它们搭载了业余无线电频段射频转发器。 

图1  早期，爱好者经常在他们的地下室或花园里建造业余卫星，图中是Dick Daniels（W4PUG），正将电子元器件焊接到AO-7的电子设备模块（AMSAT提供）

        这颗重量约30公斤的八面体卫星（高360mm，直径424mm）被发射至倾角为101.7度，近地点和远地点分别为1444km和1459km的近似圆轨道。卫星天线阵由倾斜可旋转的圆极化VHF/UHF频段天线系统和HF频段偶极子天线组成。 

聚焦日本业余卫星通信

by Keith Baker, KB1SF/VA3KSF, [email protected]

本文原题为《聚焦日本业余卫星》发表于《监测时报》

（Brasstown, NC 28902）

        之前的系列文章中，向业余卫星通信爱好者展示了如何安装架设自己的地球站，以及观测、跟踪和实际通过我们在轨的各种业余卫星进行工作。本章将关注重点转向由日本制造、发射和控制的一系列业余卫星。其中部分卫星直到现在仍然维持半运作状态。

富士卫星

        日本首颗业余卫星JAS-1a(后来成为在轨的Fuji-Oscar 12)，1986年8月12日，FO-12作为搭载载荷的一部分，由日本国家太空发展局(NASDA)研发的H-I运载火箭在其第一次试验飞行任务中发射。FO-12是日本业余无线电联盟(JARL)研发，日本电气股份有限公司（NEC）进行系统设计和集成的第一颗日本业余卫星，由26面多面体组成(大约中型沙滩球的大小和形状)，重量约50公斤，被发射到近圆的1497×1479公里近地轨道，一同发射的还有一颗名为AJASAI(EGS)的大地测量试验卫星。日食导致FO-12不能产生足够的电力让它在轨时一直开启，1989年11月5日当电池损坏时停止运行。

图1 技术人员对JAS-1b发射流程做最后的准备，卫星装有线性转发器，在轨后命名FUJI-OSCAR 20 (FO-20) (JAMSAT提供)

载人航天和业余无线电

by Keith Baker, KB1SF/VA3KSF, [email protected]

本文原题为《载人航天和业余无线电》发表于《监测时报》

（Brasstown, NC 28902）

        除卫星通信之外，很多人都没有想到业余无线电还有着载人航天的丰富历史。目前，业余无线电通信已经成为美国航天飞机，俄罗斯MIR空间站以及国际空间站（ISS）航天通信的一部分。实际上，在各个国家的载人航天飞行中使用业余无线电可以追溯到38年前！

        上世纪60年代末70年代初， AMSAT无线电爱好者产生了创造性的想法：把业余无线电装置带上载人航天飞行器。美国国家航空航天局SKYLAB空间站宇航员Owen Garrett（W5LFL）第一次尝试提出携带业余无线电台的请求，但申请时间太短，NASA来不及在火箭发射前携带额外设备。用“土星5号”运载火箭发射的SKYLAB “太空实验室”是美国第一个环绕地球的空间站，也是当时曾经运行在地球轨道上的最大的航天飞行器。

        在AMSAT和美国广播转播联盟（ARRL）努力下， 1983年秋，Owen获得STS-9飞行任务期间在航天飞机上操作业余无线电台呼叫地球站的许可。这是一次巨大成功！为期10天的航行中，Owen在航天飞机上与许多业余无线电爱好者进行了通信，其中包括一些知名人物，例如，约旦国王侯赛因（JY1）和美国参议员巴里·戈德沃特（K7UGA）。

SAREX的诞生

        这次尝试让NASA认识到，携带业余无线电台对NASA和业余无线电发展具有很大推动作用。之后，载人航天器通常考虑携带业余无线电设备进入太空。

图1 AMSAT的长期会员，前NASA宇航员Ron Parise（WA4SIR）在90年代航天飞行中，进行了一次与SAREX联系。（AMSAT提供）

        业余无线电爱好者不仅有可能偶尔联系上空间轨道飞船上的业余无线电爱好者宇航员，而且从1990年STS-35开始，AMSAT就在航天飞机业余无线电实验（SAREX）中获得了新的角色。SAREX为宇航员和学校的交流带来机会，使学校里的学生（和普通业余无线电爱好者）能够与绕地球飞行的宇航员直接进行语音通信，让学校直接接触到宇航员和太空计划。

业余卫星线性转发器

by Keith Baker, KB1SF/VA3KSF, [email protected]

本文原题为《如何使用业余卫星线性转发器》发表于《监测时报》

（Brasstown, NC 28902）

        之前的文章讨论了如何发现、跟踪、收听业余卫星及如何开展卫星通信。本文将介绍一种非调频类卫星转发器即线性转发器，以及OSCAR卫星的命名方式。

        通信卫星转发器是用于接收和转发卫星通信地球站发来的无线电信号，实现地球站之间或地球站与卫星之间通信的设备，可对接收的信号进行放大、变频，并再次发射回各卫星通信地球站或卫星，其功能类似于调频中继器。线性转发器通过接收无线电频谱的一小段信号，转换频率，线性地放大信号，然后把这一小段信号完整地发送出去，也称为“模拟”转发器。

        线性转发器有反相和非反相两种工作模式。非反相模式是指经过转发器后，信号的相对位置不变。反相模式是指经过转发器后，原本位于高端的上行信号移至下行频率低端，原本位于低端的上行信号移至下行频率高端，意即下行信号相对上行信号产生镜像翻转。

        因此，一个边带调制信号经由非反相转发器转发后，它的调制模式不变；而经过反相转发器转发后，上边带调制会变成下边带调制，下边带调制会变成上边带调制，后者也是业余卫星通信爱好者经常使用的模式。但CW（摩尔斯电报）信号经由两种转发器转发后不会改变。

        目前，在轨业余卫星大都使用反相线性转发器，例如FO-29、VO-52和HO-6。1974年发射的AO-7是仍在运转的最古老的业余卫星，使用非反相线性转发器，当它运行到能被太阳照射的地方时还能通信。

图1 Phase 3-B（AO-10），是迄今为止AMSAT最成功的配备线性转发器的高轨业余卫星。它为全球用户提供了长时远距业余卫星通联服务。悬挂于科鲁乌发射场（AMSAT-DL提供）

业余卫星通信天线（下）

by Keith Baker, KB1SF/VA3KSF, [email protected]

本文原题为《开启业余卫星通信之旅III》发表于《监测时报》

（Brasstown, NC 28902）

        在前面几个章节，我们为大家介绍了业余卫星通信概述、业余卫星通信系统的基本组成等内容。本章将延续前一章节，接续介绍业余卫星通信天线有关内容。后续文章中，我们也将继续讨论业余卫星线性转发器、载人航天，以及更多如何寻找和跟踪业余卫星的技巧。

定向天线

        定向天线最主要的优点是有很好的增益和方向性，能将射频能量集中在一个方向。只要天线指向正确的方向，天线不仅能把信号发射到距离很远的卫星上去，同样也可以帮助我们接收微弱的卫星信号。对接收者来说，通过优化接收设备从而改善对弱信号的接收能力是很有意义的一件事。

        低轨卫星通信中，最常用的定向天线是八木天线。这种定向天线一种端射多单元阵列，由一个偶极子振子（驱动振子），和多个紧密的耦合寄生振子（通常是一个反射器和一个或者多个引向器）组成。反射器在偶极振子的后面，引向器放在偶极振子的前面，平行排列。八木天线可以是线性极化，也可以是圆极化。仅有一行振子的八木天线的线极化（无论是水平极化还是垂直极化）取决于振子的固定方式。当两个八木天线安装在同样的支撑杆上，安放成水平或者垂直极化，用正确的相位差（90°）结合起来，就是圆极化模式。

业余卫星通信天线（上）

by Keith Baker, KB1SF/VA3KSF, [email protected]

本文原题为《开启业余卫星通信之旅III》发表于《监测时报》

（Brasstown, NC 28902）

        通过前面两篇文章的介绍，很多业余无线电爱好者对卫星通信应该已经熟悉了。或许，他们开始尝试“打卡”每一个没有通联的Maidenhead区块坐标或者像短波爱好者一样尝试远距离通信。长时间的卫星通信，爱好者会越来越感到既举着天线，又拿着对讲机的辛苦。因此，建议经常通信的爱好者为自己的地球站搭建一个固定天线阵列，预算有限的初学者可以考虑使用全向天线。

        地球站使用全向天线可以省去天线驱动装置，也可以简化天线旋转器。在卫星迅速过境期间，爱好者就能集中精力去寻找和跟踪下行信号，但不是所有的全向天线都适用于卫星通信，所以本文将侧重介绍如何选择合适的地球站天线。

卫星天线

        在不具备“终极”装备：一个或多个安装在玻璃纤维架上配有方位俯仰角驱动的圆极化八木天线天线阵列的情况下，下文将介绍如何投入更少的成本，建立低轨卫星良好通信。

        大多数架设的方向性天线习惯指向地平线方向，这时卫星距离最远，下行信号最弱。当卫星运行超出天线接收范围时，即使卫星过顶时段也无法通信。

        并且，卫星为保持天线指向地球将持续缓慢偏转，连续的偏转，使其接收和发射天线的极化方式不断变化。这意味着，卫星翻转过境时，如果地球站天线不能匹配卫星极化方式不断变化，即使是大功率的上、下行信号也无法被接收。为了减少这些问题，卫星通信通常使用圆极化天线，便于极化方式切换。使用圆极化天线接收线极化，右旋圆极化 (RHCP)与左旋圆极化(LHCP)接收损耗只有3dB。虽然这个损耗约占上、下行链路信号功率的一半，但是使用线极化天线接收卫星信号的损耗大约有30-40dB。所以，很多相对简单的全向天线也被设计成具有高角度、圆极化的特性。

打蛋器天线

图1  打蛋器天线是一种适合低轨卫星通信的全向天线