如同眾人皆知,月球表面反射通訊(EME)這是一種對設備要求較高的玩法,也是QGX最喜歡的方式。我曾在前兩年使用單根17節元的八木天線與DL7APV、HB9Q、NC1I大型台完成入門級的432MHz頻段EME通訊,但這只是一個初步的嘗試。50、144、432三個低頻段的EME通常需要依靠大型八木天線陣列(如果陣列規模超過1296個,則主要使用抛物面天線)。傳統上,超過兩根天線的八木陣列由於其整體重量大、結構複雜,一般只會作為固定台架設在鐵塔+轉盤上。因此,當「集體台」的塔被確定用於144頻段陣列的架設後,我也很長一段時間沒有考慮過432頻段的EME天線升級計畫。
然而,單一的天線終究還是沒有力量!DK3WG 的大佬「keine EME-Leistung」的抱怨(雖然不是指我),讓人感到愧疚。去年嘗試與他以及俄羅斯的UA3PTW協調通訊,原本可以穩定接收CQ,卻始終無法成功,這場空軍慘劇令人難以接受。因此,在EME群友們紛紛研究四天線陣列方案時,我也沒有閒著做夢,直到四個月前在TB上無意搜尋到這個:

當時我就將這訊息轉發到「EME」群組,並說:「這個東西似乎可以直接解決堆疊距離在1.6米以內的問題,橫桿可以用任何材質,只要裝上4根這樣的東西,就能組合成完整的可折疊H架!」
欸,回想了一下,好像真的是這樣嗎?如果可以摺疊,那就代表攜帶更方便,如果這個真的有效…看起來,真的有可能打造一個無線電陣列!
接下來幾天,我仔細地思考了具體的方案:
第一個問題:使用幾根天線組成陣列?
由 4 根長的主梁構成的天線陣列是 EME 界最主流的選擇。然而,我從實踐中了解到,使用 4 米長的 主梁天線,可能不適用於單人野架方案。作為一種空間通訊方式,EME 要求天線在俯仰方向上可動,因此主梁越長,對架高的要求也隨之升高。經過簡單的幾何計算可知,如果採用 4 米主梁的 4 八木陣列,橫樑至少需要離地 2.6 米才能確保天線在最低點時離地至少半個波長,而這會帶來兩個主要矛盾:
首先,陣列對支援系統的需求極高,這也意味著原本用於單根「八木」天線的輕型支架已難以繼續使用。需要採購類似短波「八木」天線所使用的,堅固的燈架。,這對整個系統的便攜性產生了很大的影響。
二是將高度提高至明顯超過人類身高之後,手動雲台難以控制。然而,電動雲台重量大,並且涉及到電力供應、控制等多個問題。
而在目標增益近似的情況下,8陣列的主樑長度僅為4陣列的一半,堆疊間距也可以適當縮小,整個支架系統雖然需要擴寬約一倍,但長度和高度都可以大幅壓縮,架高要求直接減半。這樣就可以直接使用市場上常見的、能承載大量重量的三腳架作為支撐(無需購買昂貴且用途單一的大型燈架),也就不需要考慮電動轉動器的問題了。
第二個問題:該如何將天線固定在桌腿上?
在固定架設的八木天線上,天線與支撐桿的固定通常是使用夾碼實現。之前架設單根4米八木時,阿卡快裝板夾具的方便與穩定性令我感到十分驚豔。而恰好,桌腿的底部也有一個用於連接桌腳的螺絲孔位。這樣就可以透過轉接螺絲非常優雅地將快裝座固定在其上,再用快裝座固定天線!
第三個問題:該使用哪種天線?
根據已確立的設計方針,天線應採用短主梁設計。另外一個重點是,具有50歐姆阻抗的天線,由於不需要複雜且容易損壞的阻抗匹配結構,因此更適合在戶外安裝。在性能方面,由於眾所周知的法規以及設備限制(沒有外部大功率放大器),我們的發射功率難以達到與其他國家友台相同的水平,而根據過去經驗,我們本地的70cm頻段底噪並不算很高。同時,作為所在學校的無線電協會(BY1QH)目前可使用的、具有最高增益的70厘米頻段天線系統,天線還需要考慮協會未來接收環月業餘衛星訊號實驗的潛在需求。
因此,在天線選型方面,選擇範圍限定為1.5-2公尺主梁的50歐姆阻抗八木天線,指標首先考慮透過增益盡可能彌補發射性能,其次才是接收性能(前後比與噪音溫度),另外頻寬應盡可能覆蓋432-438MHz。最終確認的天線型號為 DG7YBN 的 GTV70-10W。單個天線增益為 14.1 dBi,而根據模擬計算,陣列的總增益為 22.9 dBi。

在製作過程中,天線仍然由老朋友負責。 @bg7xwf 外包製造,主樑採用鋁管連接方式,具備彈簧快速拆卸與震動吸收設計,可拆卸成兩部分,每部分的長度皆為1公尺。
因此,初步的方案已經形成:
使用總長3米的接頭鋁管作為橫樑,並在兩側安裝8根50公分的折疊桌腿作為縱樑,形成一個3米×1米的H型架。在折疊桌腿的末端,利用原有桌腳螺絲孔連接快裝座,固定天線。這樣就構成了一個4*2的八木天線完整支架部分,使用時只需要組裝好橫樑、展開8根桌腿,然後將預先安裝好快裝板夾具的8根天線逐一「夾」到快裝座上,即可完成組裝。

在這個設計中,所有部分都可以拆解成長度不超過1.3米的段落,放入背包或使用菜籃車運輸。原計劃將天線完整地存放和運輸,但後來發現,在主梁拆解、振子部分收納但不拆除激勵振子的狀態下,天線的形狀與41寸吉他無論從外觀和尺寸上都非常相似,因此嘗試將8根天線放入兩個吉他包,結果大獲成功!(後文有圖)
方案名稱為:用於月球反射通訊的緊湊型整合式低雜訊天線陣列 (Compact Integrated Array of Low-noise-yagis for Lunar-reflection Operation, CIALLO) 通用名稱:便攜式多八木系統 (Multiple Yagis to Go, MYGO) (大霧)
有了方案,我們開始製作和採購:
購買第一根桌腿和快裝座,並使用原有的長主梁天線中間總長為2米的分割模擬短主梁天線,測試安裝穩定性:

在測試中發現,當產品倒置時,末端的純由自身卡緊固定的塑膠件存在鬆脫風險,因此使用環氧AB膠進行黏合固定。

灌膠後情況就好很多,生物不再有懸吊的危險。

測量好桌腿孔位的尺寸,並從 BG7XWF 處訂購已打好孔且有套接的橫樑。


將所有八根桌腿都塗上膠水,安裝好整個支架部分,老朋友 BA7LVG 製作的夾具也已到貨,開始測試三腳架。

數量充足:一次購齊!(圖片只顯示4根,但8根可以同時下單並送貨)

拆卸後,將八根「八木」天線收納進兩個吉他包。 「請問,您能提供 70 公分寬度的產品嗎?」

以極為粗暴的方式安裝功分器和 LNA (後續會進行優化)

室內架設測試,初步成型!(由於室內場地限制,僅安裝了中間的4根天線,為後續的小插曲埋下了伏筆)

最終於4月5日,CIALLO的重型砲已完成所有實際部署前的準備工作,並準備出動。晚上約八點,QGX及其同伴 @BI1TEK 將總重約30公斤的設備搬運到指定地點安裝。小型拖車運輸還算順暢,但臨時購買的拖車尺寸偏小,無法容納整個系統的所有部件,無線電由我背著,而另一把吉他包(天線包)則由TEK背著。

安裝順利,起初一切都很好,然而在安裝外側4根天線時,雖然已經考慮到由一人扶住對應的天線以解決力矩問題,但可能因為操作不當仍然產生了很大的扭力,結果3D列印的阿卡夾具在受力集中處斷掉了。

好在這次這個夾具已經經過一次版本迭代,因此有一個備份機。根據之前的經驗,在上腳架前先安裝了外側4根天線,然後再安裝內側4根,這次沒有再出現任何問題。在安裝過程中,BY1QH的 @BH9DWE 、BH1VLK 以及 @BH8GEJ 另外三位老朋友也陸續加入戰鬥。 組成了由五名少女組成的樂隊。

然而,這個備份機之所以被淘汰,是因為它的快裝板沒有限制裝置,容易發生意外滑動。當天線處於停泊位(指向天頂)時還好,但當天線轉向對準月球後就變得岌岌可危,只能靠人力扶持,並在此狀態下完成了與瑞士強台HB9Q的通訊。當時,BH1VLK老師想到使用兩個額外的三腳架來分擔陣列的重量。最終,由三個支架支撐的完整8*10陣列穩定下來。月射,啟動!

最終,我們在約2小時的架台時間內,與HB9Q、OK1VUM、ON7EQ三位友台完成了雙向通訊。此外,我們還收聽到SM4GGC,並被DL1VPL收聽到(以上基本上就是當時在頻率上的所有使用432MHz天線陣列的EME電台)。值得注意的是,與我們完成通聯的ON7EQ並非「超級大砲」,而是僅是一位普通的EME愛好者,他的天線為4*19單元的八木陣列,規模與我們的系統相似。這意味著我們在理論上已經具備與相同配置的無線電進行EME通訊的能力,只差一步距離完成「回聲測試」技術。

寫一篇討論作為一個故事的結尾,似乎有點奇怪(餅:這個留給明年的業餘空間通訊大會),那就用一句我很喜歡的名言來結尾:「Per ardua ad astra.」
「循此苦旅,以達天際」這種常見翻譯並不準確,因為進行業餘無線電實際上是一個充滿樂趣的過程。 而且,我們也可以輕鬆透過其他傳播方式「達到頂峰」。 ——然而,另一個翻譯:「竭盡所能,終抵星辰」,用來形容 QGX 在過去四個月內在 Project CIALLO 上的努力,也是可以接受的。