Receiving Moon bounce signals

What is Moon bounce?

Moon bounce is a form of radio communication with an Earth-Moon-Earth path, which is why it is also called EME communication. The first proposal to employ the Moon surface as a passive reflector for radio communications was made as early as 1940. A couple years had to go by before practical Moon bounce implementations could be proven.

The first practical proof-of-concept was project Diana performed by the US Army Signal corps on January 10, 1946. However, I can proudly say that our researcher were not far behind. Led by Zoltan Bay, they were also able to successfully perform their Moon radar experiment. Their first successfully received echo dates February 6, 1946.

Find the original publications here: Zoltan Bay Moonradar.pdf Radar-Echoes-from-the-Moon.pdf

bay-ant

The topic is well described in the history of NASA too: http://history.nasa.gov/SP-4218/ch1.htm. These experiments were crucial for satellite-based telecommunications and radio astronomy as well.

Bay and his team used very interesting device for integration: http://hackaday.com/2013/11/19/retrotechtacular-zoltan-bays-moon-bounce-coulometer-signal-amplifier/

What is the challenge in EME connection?

As with all types of the radio communication, the minimal requirement is that the transmitted signal should be received with sufficient Signal-to-Noise Ratio (SNR) so that the message can be demodulated and decoded. The necessary power level depends on the message and the format, and can be very different for analog (e.g., SSB), simple digital (e.g., CW Morse coded), and well-designed digital waveforms (e.g., JT65).

However, all of them should overcome the distance to the Moon and back, which includes the Moon surface scattering. Signal attenuation depends very much on the employed frequency, but we can safely say that for practical frequency ranges the attenuation due to path loss is around 270-290 dB. A pretty high value, isn’t it?

http://www.df9cy.de/tech-mat/pathloss.htm

How to overcome path loss?

First of all, you need a lot of power and a big antenna. Usually, 0.1-1 kW transmitted power is used, and the size of the antenna is limited by the size of your backyard. Let me share some photos of typical EME antenna systems from my friends here. (YU7AA, OM3BC, HG1W)

YU7AA om3bc hg1w

Using software instead of hardware

While it is possible to get good results by increasing the output power and the size/gain of the antenna system, there are other options as well. Recent advancements in signal theory and Digital Signal Processing (DSP) helped to leapfrog technology. It is now possible to develop and run advanced modulation and coding algorithms on a simple PC, which enables the reception of very low-level signals. One of the cutting edge technologies was developed in an open source community led by Joe Taylor, K1JT. Their software stack is called JT65, which has different sub versions with different features.

http://physics.princeton.edu/pulsar/k1jt/index.html

We already published some posts on using the WSJT software stack with Quadrus SDR:

http://spectrafold.hu/quadrus/radio-software/wsjt-quadrus-sdr/

http://spectrafold.hu/quadrus/radio-software/wsjt-x-and-quadrus/

Waiting for Moon-bounced signals

So, we decided to perform some practical experiments. One of our friends, QTH, is setting up some stations featuring V/H polar antennas. This is an ongoing process, and while Andy, 6NN, and I were waiting on this, we decided to set up our own simple station with a 6 element DL6WU yagi antenna fixed to 270 deg direction. We connected a Quadrus SDR receiver with some pre-selection filtering and low noise pre-amplification. The photo below, taken by Andy, shows the last element of the antenna and the Moon:

antenna 6nn moon and ant

So, now he has set up his receiver, and he just needs to wait for the Moon to enter the antenna beam. With luck some good QRO stations will transmit with enough power so even this simple station is going to be able to receive and decode.  I am excited to see his updates.

New Moon radar project

A couple of us have decided to repeat the original experiment by Zoltan Bay’s team on the anniversary in 2016. We already started to build a system including the antenna system with a half wave dipole array. Here you can see some of the 3D electromagnetic simulation results of one antenna patch. Stayed tuned!

full_dip3_hor1_2dg full_dip3_hor1_3dg full_dip3_hor1_cos

 full_dip3_hor1_epl full_dip3_hor1_hplfull_dip3_hor1_3dr

9 thoughts on “Receiving Moon bounce signals”

  1. I’m amazed, I have to admit. Rarely do I encounter a
    blog that’s both equally educative and entertaining, and let me tell you,
    you have hit the nail on the head. The issue is something not enough
    men and women are speaking intelligently about.
    Now i’m very happy that I stumbled across this
    in my hunt for something relating to this.

    Take a look at my site: FitSpresso

  2. Its like you read my mind! You appear to know so much about this, like you wrote the book in it or something.
    I think that you could do with a few pics to drive the message
    home a bit, but other than that, this is fantastic blog. An excellent read.

    I will definitely be back.

  3. Wonderful work! That is the type of information that are supposed to be shared across
    the net. Disgrace on Google for no longer
    positioning this post upper! Come on over and talk over
    with my site . Thank you =)

  4. In the realm of entertainment and leisure, online gambling sites have emerged as
    a prominent avenue for individuals seeking excitement and the chance to win big.

    One of the primary advantages of utilizing these platforms is the unparalleled convenience and accessibility they
    offer.

  5. Gerakl24: Квалифицированная Реставрация Основания, Венцов, Настилов и Передвижение Строений

    Фирма Геракл24 специализируется на выполнении комплексных услуг по замене основания, венцов, покрытий и передвижению домов в городе Красноярском регионе и в окрестностях. Наш коллектив опытных экспертов обещает превосходное качество выполнения всех видов реставрационных работ, будь то из дерева, с каркасом, кирпичные или бетонные конструкции здания.

    Преимущества сотрудничества с Геракл24

    Квалификация и стаж:
    Все работы проводятся только опытными специалистами, имеющими многолетний стаж в сфере возведения и ремонта зданий. Наши мастера знают свое дело и выполняют задачи с высочайшей точностью и вниманием к деталям.

    Комплексный подход:
    Мы осуществляем все виды работ по ремонту и реконструкции строений:

    Замена фундамента: усиление и реставрация старого основания, что обеспечивает долгий срок службы вашего дома и устранить проблемы, связанные с оседанием и деформацией строения.

    Смена венцов: замена нижних венцов деревянных домов, которые наиболее часто подвержены гниению и разрушению.

    Установка новых покрытий: замена старых полов, что значительно улучшает внешний облик и функциональность помещения.

    Перемещение зданий: безопасное и надежное перемещение зданий на другие участки, что обеспечивает сохранение строения и предотвращает лишние расходы на создание нового.

    Работа с любыми типами домов:

    Древесные строения: восстановление и защита деревянных строений, защита от гниения и вредителей.

    Каркасные строения: реставрация каркасов и замена поврежденных элементов.

    Кирпичные дома: реставрация кирпичной кладки и укрепление конструкций.

    Дома из бетона: реставрация и усиление бетонных элементов, исправление трещин и разрушений.

    Качество и прочность:
    Мы работаем с лишь качественные материалы и современное оборудование, что гарантирует долговечность и прочность всех выполненных задач. Каждый наш проект проходят тщательную проверку качества на каждой стадии реализации.

    Личный подход:
    Мы предлагаем каждому клиенту подходящие решения, учитывающие ваши требования и желания. Наша цель – чтобы итог нашей работы полностью удовлетворял вашим ожиданиям и требованиям.

    Почему выбирают Геракл24?
    Работая с нами, вы получаете надежного партнера, который возьмет на себя все хлопоты по ремонту и реставрации вашего дома. Мы обеспечиваем выполнение всех проектов в сроки, установленные договором и с соблюдением всех строительных норм и стандартов. Связавшись с Геракл24, вы можете быть спокойны, что ваше здание в надежных руках.

    Мы готовы предоставить консультацию и дать ответы на все вопросы. Свяжитесь с нами, чтобы обсудить ваш проект и узнать о наших сервисах. Мы сохраним и улучшим ваш дом, сделав его уютным и безопасным для долгого проживания.

    Gerakl24 – ваш надежный партнер в реставрации и ремонте домов в Красноярске и за его пределами.

Leave a Reply to Anonymous Cancel reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *