Dienstag, 25. April 2023

Mit dem Handy bis zum Mond?

Eines Tages wird die Menschheit den Mond besiedeln - sofern sie sich vorher nicht selbst vernichtet hat. Dann werden sicher auch Funkamateure auf dem Mond wohnen und es wird ein reger Funkverkehr mit der Erde stattfinden. Wahrscheinlich in FTx, einem Nachfolger von FT8.

Nehmen wir einmal an, ein Mondamateur sitze in der grossen Aussichtskuppel im Kopernikus-Krater mit seinem Baofeng Handfunkgerät. Er sieht die Erde als kleine blaue Murmel am Mondhimmel und versucht seinen Freund auf der Erde zu erreichen, der auf dem Balkon eines Hochhauses in Paris  mit seinem Yaesu Handy steht. Können die beiden eine FM Funkverbindung im 2m Band zustande bringen?

Die Distanz zwischen Erde und Mond ist zwar nicht immer gleich und variiert etwa um einen Erddurchmesser, aber sie beträgt ungefähr 380'000km. Mehr als eine Lichtsekunde - eine gewaltige Strecke. Gäbe es eine Weltraumautobahn zwischen Erde und Mond, müsste man mit Tempo 130km/h ganze 122 Tage ununterbrochen fahren, um auf dem Mond anzukommen.

Auch für das Funksignal ist das eine sehr grosse Strecke und die Wellen werden auf ihrem Weg zwischen Erde und Mond immer schwächer. Man spricht dabei von Streckendämpfung. Aber normalerweise gibt es nichts im Weltraum, das die Wellen dämpfen kann. Sie werden schwächer weil sie sich in Weite des Weltalls verlieren, verzetteln oder gewissermaßen ausgedünnt werden. 

Die Streckendämpfung für 144 MHz über eine Distanz von 380'000km beträgt -187dB. Sie kann mit einer einfachen Formel ausgerechnet werden, aber es gibt auch Online-Rechner für den bequemen OM wie mich. Formel und Rechner findet man zum Beispiel hier. Einen eventuellen Antennengewinn habe ich nicht berücksichtigt. Nehmen wir mal an, die beiden funken mit einer Antenne mit 0dBi und nehmen wir weiter an, ihre Handsprechgeräte leisten 5 Watt. Das sind 37dBm. 

Nun müssen wir nur noch die Empfindlichkeit der Geräte kennen. Heutige Handys brauchen für 12dB SINAD zwischen 0.1 und 0.2 uV. Das ist ein FM Signal, das man gerade noch empfangen kann. Nicht sehr gut und mit etwas Noise, doch genügend für ein Gespräch. Auch in Zukunft werden die Geräte nicht empfindlicher sein, da hat die Physik etwas dagegen. Hoffen wir nur, dass die beiden kein zusätzliches QRM haben und gehen von 0.158 Mikrovolt Empfindlichkeit aus. In dBm ausgedrückt sind das -123dBm. Hier findet man eine Übersicht über die gängigen Handsprechgeräte mit ihren Empfängerdaten zum Vergleich. 

Damit die Verbindung klappt, muss die Empfindlichkeit zusammen mit der Sendeleistung die Streckendämpfung kompensieren. Doch 123+37-187 = -27dB. Es fehlen also 27dB um dieses Ziel zu erreichen. Die beiden können einander nicht hören.

Doch die beiden Funkamateure wissen sich zu helfen: Bei ihrem nächsten Versuch bringen sie eine selbst gebaute Yagi-Antenne mit. Und zwar eine richtige Kanone: eine 5m lange Yagi. Zum Beispiel diese da.  Glücklicherweise ist die Kopernikus-Kuppel gross genug und der Balkon in Paris ebenfalls. Die Yagis haben je 14.3dBi Gewinn und da sie sowohl beim Senden wie auch beim Empfangen wirken, addieren sich ihre Gewinne. Total kommen also 28.6dB hinzu. Die Verbindung wird klappen und die beiden haben noch etwas Reserve.

Anders hätte es ausgesehen, wenn die beiden OM versucht hätten, die fehlenden 27dB mit mehr Sendeleistung zu kompensieren. Da eine PA nur beim Senden wirkt, hätte man die zusätzlichen dB nicht zusammenzählen dürfen. Jeder hätte also eine PA mit 27dB Verstärkung an sein Handy klemmen müssen. Auch in der fernen Zukunft keine leichte Aufgabe und nichts für Portabel-Betrieb. 2500 Watt hätten die beiden Endstufen liefern müssen, damit es geklappt hätte.

Viel einfacher ist der Weltraumfunk in Erdnähe. Sitzt ein OM in der ISS, die in 400km um die Erde kreist, klappt eine Handyverbindung problemlos. Bei 1000km Distanz beträgt die Streckendämpfung im 2m Band etwa 136dB. Bei -123dBm Empfängerempfindlichkeit genügen bereits 20mW Sendeleistung im 2m Band. Darum funktionieren auch all die Cubesats der Funkamateure so gut. Einige 100mW genügen vollauf für einen LEO.

Eine andere Geschichte wäre eine zukünftige Kolonie auf dem Mars. Der Mars ist zwischen 207 und 249 Millionen Kilometer von der Erde entfernt. Die Streckendämpfung im 2m Band beträgt dann ca. 243dB. Ein hoffnungsloser Fall für die Funkamateure.   


2 Kommentare:

  1. Also 250db Streckendämpfung sind für Eme Leute auf 2m kein Problem. Auch auf 10GHZ geht mit 270dB noch ein SSB QSO. Höherem Gewinn der Spiegel sei dank. Erstaunlicherweise genau da, weil das Libration Fading geringer ist
    Aber die Moonbouncer schrecken vor nix zurück. Da gibt's Hobbyisten die sich 10GHz SSPA aus GaAs-Fets bauen.

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  2. Vor etlichen Jahren gab es einen Artikel im Funkamateur mit einem Versuch, einen Signal bounce auf die Venus zu machen, was auch erfolgreich war. Natürlich war das auch eine high-gain Parabol. Allerdings weiss ich nicht mehr, welches Radio-Observatorium sie dafür verwendet haben. Das waren auch über 200dB Dämpfung.

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