Mnoho majitelů ADS-B přijímačů řeší, z jaké maximální dálky je možné teoreticky i prakticky přijímat odpovědi z palubních odpovídačů. V tomto článku se podíváme podrobněji na samotný kmitočet 1090 MHz, chování tohoto pásma a možnosti dosahu, co je a co není prakticky možné. Nebudu zde rozebírat principy šíření radiových vln, to je téma na jiný web, ale chtěl bych se pozastavit nad tím, co by si měl každý uživatel ADS-B přijímačů uvědomit.
Základní vlastnosti
Data z palubních odpovídačů jsou radiové signály jako jakékoliv jiné, i když se jedná o pulzní modulaci s velmi krátkými pulzy. Platí tedy i zde fyzikální zákony šíření radiových vln stejně jako u jakéhokoliv jiného vysílače. Můžete zde pozorovat stejné jevy a stejné anomálie, které se objevují na pásmech s delší vlnovou délkou, ale i šíření velmi specifické.
Kmitočet 1090 MHz (vlnová délka 27,5cm) se řadí svými vlastnostmi již do mikrovlnných pásem. Radiové vlny této frekvence již prostupují ionosférou, aniž by docházelo k odrazům či ohybům, jak je tomu u pásem s delšími vlnovými délkami. V podstatě se dá konstatovat, že spojení na této frekvenci je možné jen na přímou viditelnost a prodloužení dosahu je možné pouze pomocí odrazů od pevných vodivých ploch nebo pomocí specifických troposférických jevů. Pokud by jste na této frekvenci realizovali pozemní spojení, jakákoliv překážka v signálové trase vám znemožní příjem protistanice. Radiové vlny této délky také v podstatě nekopírují terén a nezakřivují se podle něj, jak je to možné pozorovat u velmi krátkých vln. Spolehlivě realizovatelné a stabilní spojení a tedy i spolehlivý příjem je možný pouze a jen mezi stanicemi na přímou viditelnost a to i na stovky kilometrů (to je samozřejmě pak dáno použitými anténami, výkonem, druhem provozu, atd.).
Případ sledování letecké dopravy má svá specifika. Tím, že se letadla (tedy vysílací zařízení v radiokomunikační terminologii) nacházejí ve výškách až několik kilometrů nad zemí, je možné přijímat jejich data daleko za běžným lidským okem pozorovatelným horizontem, ale v žádném běžném případě nepřesáhnou radiový horizont tj. přímku mezi anténou vysílače a přijímací anténou. Jelikož povrch země není bohužel rovná deska, ale koule, existují zde limitní vzdálenosti, za kterými není možné data v tomto pásmu přijímat.
Nejvzdálenější kružnice ohraničuje maximální teoretický radiový horizont ve vzdálenosti 270 námořních mil (NM) tj. 500km. V případě Prahy tedy horizont na severu 50NM nad polským Štětínem, na západě u Štrasburku, na jihu nad Slovinskem a na východě mezi Popradem a Košicemi. Druhá nejvzdálenější kružnice odpovídá maximálnímu horizontu u letadel letících na letové hladině FL300 (9,1 km) a odpovídá vzdálenosti 230NM (426 km). Třetí kružnice odpovídá letadlu letícímu na FL200 (6 km) a jeho horizont je 174NM (322 km). Čtvrtá a nejmenší kružnice odpovídá teoretickému dohledu na letadlo letící FL100 (3 km) a jeho maximální možná vzdálenost je 125NM (231 km).
Tyto horizonty jsou samozřejmě nereálné, jelikož se zde uvažuje, že přijímací místo má kolem sebe úplnou rovinu po celé délce trasy bez jakýchkoliv terénních anomálií (kopce, hory, stavby, lesy) a maximální výšku letadla na letové hladině 470 (47000 stop tj. 14,3 km nad zemí), zatímco běžná letecká doprava při dálkových letech používá FL380 – 430. Výš létají většinou jen soukromá letadla s vlastními trasami nebo speciální lety (popřípadě špionážní letadla a bezpilotní prostředky).
Jelikož je Česká republika v podstatě ze všech stran ohraničena horami, je teoretický dosah palubních odpovídačů omezen. Uživatelé, kteří bydlí ve vnitrozemí, mají paradoxně lepší podmínky příjmu, než uživatelé ve vyšších pohraničních oblastech. Uživatelé, kteří bydlí v rovinatých středních Čechách, mají hraniční hory poměrně daleko a znamená to tedy, že mají i optický horizont daleko.
Ti méně šťastní, kteří žijí stejně jako já v normálních podmínkách tj. „v naší obci mezi kopci“, mají pozici mnohem složitější a pokud chtějí ze svého přijímacího místa dostat maximum, musí se podle toho zařídit. Naštěstí zde platí stejné pravidlo jako u jiných VKV radiových pásem, tj. čím výše je umístěna anténa s volným výhledem na obzor, tím delší je i dosah. Nejideálnější jsou samozřejmě místa na nejvyšších bodech na horách, na ty má ale velmi málokdo přístup, a proto je potřeba využít maximum z dostupného místa.
Tip 1: Typ přijímací antény
Každý uživatel MODE-S/ADS-B přijímače by si měl nejprve uvědomit, co ho přesně zajímá. Pokud chcete sledovat letecký provoz v co největším území, bude pro vás jasná volba všesměrové vertikální antény. Všesměrové antény mají sice menší zisk, umožňují zato příjem ze všech směrů a to nejen na přímou viditelnost, ale také odražené signály od blízkých budov. Pokud nemáte nainstalovanou anténu přímo na místě s výhledem 360° dokola, můžete díky odrazům od budov zahlédnout i letadla ze sektorů, na které přímo nevidíte. Odrazy signálů se velmi těžko predikují a u pohyblivých vysílačů je to téměř nemožné. Když ale použijete všesměrovou anténu, nemusíte řešit, odkud k vám signál dorazil. Odražené signály je možné přijímat samozřejmě jen do jisté nedaleké vzdálenosti letadla, kdy jsou odražené signály dostatečně silné.
Pokud jste uživatel, který má zájem sledovat jen určitý zájmový sektor (například nedaleké letiště a tamní pohyb po ranvejích), můžete použít ziskové směrové antény. Na trhu se objevují jak směrové vertikální antény typu Yagi, tak talířové podobné ziskovým Wi-Fi anténám. Záleží na každém uživateli, jaké má možnosti instalace. Směrové antény mají tedy tu nevýhodu, že s jejich ziskem se zmenšuje vyzařovací (a také přijímací) úhel. Pokud tedy budete chtít sledovat letadla s maximálním ziskem (nebo dosahem) můžete narazit na jeden efekt a tím je nezobrazení aktivního letadla.
Mode-S odpovídač sice odpovídá na každý dotaz, data o pozici letadla jsou ovšem vysílána v mezerách mezi dotazy. Pokud váš přijímač správně nerozluští celou pozici, na obrazovce uvidíte jen identifikované letadlo se symbolem, že používá ADS-B, ale na mapě jej neuvidíte. Je to tím, že se rychle pohybující letadlo objevilo na chvíli ve vámi sledovaném prostoru. Přijímač stačil rozluštit jen adresu a pár dat doplňkových, ale nestačil korektně dekódovat pozici a letadlo v zápětí zmizelo z dosahu. V lepším případě přijímač dekóduje několik pozic letadla, ale poté již letadlo zmizí. Dalším problémem samozřejmě je i to, že signál slabého letadla může být rušen silnějšími signály z jiných letadel. Směrové antény se podle mne vyplatí jen opravdu na cílené sledování pozemního provozu SQB vysílačů, které používají vozidla pohybující se na letištích (Push-Back, Follow Me, údržba letiště, sněhové pluhy apod.). SQB (Squitter Beacon) vysílač má výkon jen v řádu jednotek wattů, má tedy velmi omezený dosah a jeho zachycení je možné opravdu jen na letišti či jeho blízkého okolí.
Tip 2: Umístění přijímací antény
V pásmu 1090 MHz platí stejné pravidlo o umístění antén jako u každého VKV pásma tj. „čím výše – tím dále“. Každý metr, o který umístíte přijímací anténu výše nad terén, vám přidá možnost „vidět“ dále tj. zvětší vám přijímací dosah. V praxi mám vysledováno, že i změna o 1m znamená velký rozdíl v maximálním dosahu. Změnou výšky antény tedy zvětšíte optický horizont a toho mohou využít majitelé MODE-S přijímačů ve vyšších polohách, kteří nemají ideální výhled na horizont bez hor.
Ideální umístění antény je tedy na střechu domu, aby jste měli maximální výhled 360 stupňů dokola. Pokud umístíte anténu ze strany domu (instalace typu balkón) budete mít sice dobrý příjem 180 stupňů ve směru, kam se díváte, co se děje „za domem“ ovšem neuvidíte nebo jen ve velmi omezené vzdálenosti.
V případě, že používáte směrové antény pro sledování určitého zájmového prostoru či letiště, nejste na umístění antény příliš vázáni, pokud je zájmový prostor ve výhledu. Myslím, že ani instalace rotátoru by v tomto případě nemělo příliš velký smysl, jelikož samozřejmě nebudete schopni sledovat rychle se pohybující letadla.
Tip 3: Zesilovače
Anténní předzesilovače jsou velkým pomocníkem v příjmu palubních odpovídačů. Jejich pomocí zesílíte úroveň přijímaných signálů a tím si zvýšíte jak maximální přijímanou vzdálenost, tak zlepšíte i příjem letadel přistávajících a zlepšíte celkově příjem zevnitř sledovaného prostoru. Pokud se rozhodnete mezi anténu a přijímač předzesilovač nainstalovat, uvědomte si prosím, že nejlepší místo pro instalaci zesilovače je co nejblíže k přijímací anténě – ideálně přímo k ní. Napájení zesilovače je možné realizovat pomocí samotného koaxiálního kabelu stejně, jak se řeší napájení zesilovačů v satelitní technice. Tj. u přijímače je umístěna napájecí výhybka, která přivede na středový vodič napájecí napětí, ale přijímaný signál téměř neovlivní. Pro zesílení příjmu v pásmu 1090 MHz můžete použít několik variant zesilovačů.
Nejlevnější varianta v řádech desítek korun je běžný satelitní kabelový předzesilovač, který se používá pro vykrytí ztrát v delších satelitních vedeních. Jelikož jsou tyto zesilovače určeny pro pásmo 950 – 2150 MHz, našemu účelu vyhoví. Velmi podobně na tom je i možnost použití nízko šumového předzesilovače širokopásmového. Je zde ovšem jedno omezení. V „nedalekém“ pásmu 950 MHz vysílají také převaděče pro mobilní telefony GSM nebo sítě LTE a ty znamenají pro ADS-B přijímače silné rušení. Pokud máte nedaleko GSM (LTE) buňku, může se stát, že zesílený signál předzesilovače úplně zahltí vstupní obvody přijímače a ten místo toho, aby poslouchal slabší vzdálené signály, naopak poslouchá hůř. V extrémním případě dojde k úplnému zahlcení vstupů a vy uvidíte jen zlomek provozu, který jste viděli před použitím zesilovače.
Trochu dražší, ale rozhodně nejlepší varianta je speciální zesilovač pro pásmo 1090 MHz s vestavěným vstupním filtrem. Ten si můžete objednat například od firmy Teroz za cenu několika set korun. Jedná se o zesilovač 25dB dvoustupňový zesilovač, který lze napájet po kabelu a lze jej jednoduše instalovat do voděodolné krabičky na střechu. Tento zesilovač příliš netrpí na rušení od GSM/LTE, takže jej bez obav můžete instalovat na střechu, jedině snad s omezením, pokud tedy nemáte vysílač mobilního operátora do 300m, pak by bylo potřeba dodat ještě doplňkový filtr. Obecně ale mám s tímto zesilovačem zkušenost, že se příjem zvýšil o 25-30 procent.
Pro ty, kteří neřeší finanční stránku, existuje možnost koupě předzesilovače od firmy Kuhne. Za cenu několika tisíc korun koupíte profesionální 30dB HEMT nízko šumový předzesilovač. Provedení je v pěkném hliníkovém šasi a můžete si zvolit, zda chcete zesilovač určený přímo na montáž venku na stožár, nebo do běžných další kryté krabičky. Tento zesilovač ocení především ti, kteří mají externí anténu a velmi dobrý výhled na obzor a chtějí ze své antény dostat opravdu maximum.
Tip 3: Anténní svod
Nedílnou součástí přijímací soustavy je anténní svod, tedy propojení mezi anténou a přijímačem. Svod se realizuje koaxiálním kabelem a volba jeho typu může rozhodnout o tom, kolik letadel a z jakých vzdáleností ve výsledku uvidíte. Při výběru kabelu si prosím uvědomte, že pokud zvolíte levný kabel s horšími parametry, můžete ve výsledku přijít o značnou část příjmu. Přijímač zpracovává signály na hranici šumu a tam je každý decibel ztrát velmi znát. Pokud vaše anténa má například zisk nějakých 5dB a kabel má po celé trase 6dB útlum, bude výsledek stejný, jako kdybyste seděli na střeše s přijímačem a v anténním konektoru zapíchnutou kancelářskou sponku. Co získáte na anténě, ztratíte v kabelu.
Zásadní faktory pro výběr kabelu je potřebná délka a útlum v pásmu 1000MHz. Pokud vám stačí kabel do 2m (krátká propojka apod.), lze použít teflonový propojovací kablík. Jakmile ale potřebujete delší svod, je nezbytně nutné použít kabel vhodný přímo na vyšší pásma. Obecně by se dalo říci, že čím delší svod potřebujete realizovat, tím kvalitnější (ale i dražší) kabel potřebujete. Ekonomická a použitelná varianta je použití kvalitnějšího satelitního kabelu nejlépe určený pro venkovní montáž, odolný proti povětrnostním vlivům a UV záření. Pokud ale chcete opravdu dostat ze své antény maximální zisk, musíte použít kabely určené například pro WI-FI sítě například Belden řadu Hxxx, (H124,121,109) apod. popřípadě značkové Aircell.
Pokud se tedy podíváte do parametrů kabelů, důležitý faktor je útlum v pásmu 1000 MHz, ten se uvádí v dB na 100m. Když tedy použijete například kabel H125CU a délka svodu je nějakých 10dB, samotná ztráta v kabelu bude cca 2dB. K tomu ovšem připočítejte minimálně 1dB jako ztráty na konektorech a přechodkách. Pokud byste na tu samou trasu použili klasický kabel RG58, který má v pásmu 1000MHz útlum téměř 60dB/100m, přijdete okamžitě o celý zisk 5dB antény a bude se celá soustava chovat spíš jako útlumový článek než jako zesilovač signálu.