Eine eigene Bodenstation für LoRa-Satelliten


Bild empfangene Satelliten

  Versuche zum Empfang von LoRa-Satelliten


Ja, es gibt sie schon - die LoRa-Satelliten.
Mit Unterstützung der preiswerten ESP32-Module des chinesischen Herstellers LILYGO ist es möglich, mit geringstem Aufwand eine eigene Bodenstation zum Empfang der von den LoRa-Satelliten ausgesendeten Daten zu bauen und diese Daten ins Internet einzuspeisen.
Im Bild rechts sind die Orte zu sehen, von denen ich meine ersten Datenpakete von LoRa-Satelliten empfangen habe.


  Erster Versuchsaufbau meiner Bodenstation / Mai 2022


Meine Bodenstation besteht aus einem LoRa-Modul von LILYGO mit der Bezeichnung TTGO 433 MHz, Version T3_V1.6.1 mit Herstellungsdatum 20210104. Da ich erst einmal schauen will, was sich bei diesen LoRa-Satelliten so tut, habe ich dem Modul noch kein Gehäuse spendiert.
Als Antenne verwende ich eine Groundplane X7000 auf dem Hausdach. 18 m Koaxialkabel RG58 stellen die Verbindung von der Antenne zum LoRa-Modul her. Einen Antennenvorverstärker benutze ich zur Zeit noch nicht - mal sehen, was so ohne AVV geht. Die Stromversorgung des LoRa-Moduls übernimmt ein winziges USB-Steckernetzteil.

TTGO von vorn
LoRa-TTGO-Modul
ohne Gehäuse 		Steckernetzteil
Steckernetzteil
5V / 1A 		X7000
X7000
auf dem Dach

  Die Software auf dem PC


Zur Darstellung der empfangenen Daten auf dem Bildschirm des PC rufe ich in einem Web-Browser die Seite TinyGS.com auf.

  Die Software auf dem TTGO-Modul


Die Software zum Aufspielen auf das TTGO-Modul findet man bei GitHub [1]. Dort wird auch beschrieben, wie man die Software auf das ESP32-Modul bekommt.
Nach dem Aufspielen der Software auf das LoRa-Modul muß diese konfiguriert werden. Als ich das mit meinem Android-Handy und über eine WLAN-Verbindung zum TTGO machen wollte, hatte ich seltsame Probleme: Ich konnte bei 90 % der Versuche keine Verbindung zum TTGO herstellen. Das ist sehr ärgerlich. Als Grund für dieses seltsame Verhalten vermute ich die WLAN-Kanalbelegung im Umkreis meiner Wohnung. Es werden mir stets mehr als 20 empfangbare WLAN bei 2,4 GHz angezeigt. Eine kurze Fahrt auf einen einsamen Acker in der freien Natur beseitigte das Problem. Dort konnte ich mich immer mit dem TTGO verbinden und die Konfigurierung vornehmen. Weitere Hinweise zu Einstellungen diverser Art findet man bei TELEGRAM, nachdem man der TinyGS-Gruppe beigetreten ist.

  Erste Erfahrungen


Mit der oben beschriebenen Bodenstation empfing ich im Juni/Juli 2022 bis zu 11 Telemetriepakete verschiedener Satelliten am Tag. Die maximale Entfernung waren 2476 km zum Satellit NORBY. Dieser sendete mit 2 W Ausgangsleistung.

Das verwendete USB-Mini-Schaltnetzteil erwies sich als üble HF-Dreckschleuder. Mit einem Empfänger für das 70cm-Band in Betriebsart SSB lassen sich die Störgeräusche sehr gut erkennen, wenn man die Empfangsantenne des 70cm-SSB-Empfängers in die Nähe des Schaltnetzteiles bringt. Hier muß eine bessere Lösung gefunden werden.


TinyGS Box

  Verbesserte Version / August 2022


- Die Bodenstation erhält ein Gehäuse KEMO G091 mit einem Klarsicht-Deckel.
- Das TTGO-Modul wird in dieses Gehäuse unter dem Deckel eingebaut.
- Vor das TTGO-Modul wird ein Breitband-Antennenvorverstärker geschaltet.
- Die Spannungsversorgung erfolgt aus einem externen 12 V / 1 A Analognetzteil oder (besser) einem 12 V Akku.
- Die 5 V Betriebsspannung für den AVV stellt ein Regler 7805 (mit Kühlblech) bereit.
- Die 3,7 V für das TTGO-Modul liefert ein LM317 mit entsprechender Beschaltung und Kühlblech.
- Die Verlustleistung an den Kühlblechen ist für das geschlossene Kunststoffgehäuse zu hoch.
- Ein Lüfter 12 V / 50 mA sorgt für Durchzug im Gehäuse und löst das Thermo-Problem.
- Im Gehäuse müssen Lüftungsbohrungen angebracht werden.
- Ein Klappferrit auf der 12 V Zuleitung verringert restliche Störungen aus dem 230 V Netz.
Box offen
Gehäuse
geöffnet 		Innenaufbau AVV
Innenaufbau
AVV SPF5189Z 		Stromversorgung
Innenaufbau
Stromversorgung 		Bedienteil
Bedienteil 		Klappferrit
Klappferrit
Der Aufbau dieser Version erfolgte mit Bauteilen aus der Bastelkiste, deshalb verzichte ich auf die Darstellung des Layouts der Träger-Leiterplatte. Mögen die Fotos als Anregung dienen es selbst einmal zu versuchen.


  Unterschied der Versionen


RX Packets Die linke Hälfte des Diagramms zeigt die Anzahl der täglich empfangenen Pakete der Version vom März 2022 ohne Antennenvorverstärker, die rechte Hälfte stellt die verbesserte Version vom August 2022 dar, bei der sich der AVV direkt vor dem TTGO-Modul der Bodenstation befindet.
Eine weitere Verbesserung des Signal/Rauschabstandes (SNR) könnte ein Antennenvorverstärker direkt am Fußpunkt der Antenne ergeben, der lediglich die Dämpfung der 18 m Koaxialkabel RG58 von etwa 6 dB ausgleicht. Dieser sollte ein möglichst niedriges Eigenrauschen im Bereich von 400 - 440 MHz besitzen.





  Und nun - wie weiter?


Der Empfang von großen Datenmengen (z.B. Bildern) wäre auf Grund der langsamen Modulationsart kaum möglich.
Man schreibt in Foren bei TELEGRAM, daß die LoRa-Satelliten zukünftig eventuell auch Daten, die von Funkamateuren ausgesendet werden, wieder abstrahlen - als eine Relaisstation also. Aber noch ist es wohl noch nicht so weit.
Schaunwermal ob und wie sich die Sache entwickelt ...

  Weiterführende Links


[1] TinyGS auf GitHub