衛星電波を受信してみた～自作アンテナ編～

ひょんな事で広帯域受信機を手にいれたので、小型衛星の電波を聞くためにアンテナを自作してみた。

つくるのは有名な"500円アンテナ"

衛星受信でよく使われる帯域の八木アンテナの作り方が紹介されている。

http://www.jamsat.or.jp/features/cheapyagi/index.html

同じく製作記事があるCQham 8月号の別冊も参考にした。

なお、このアンテナは430MHz帯だけなので、130MHz帯はまた別のアンテナを作る必要がある。

大きさは縦60センチx横34センチ。結構大きい。

430MHz帯の 6エレの八木アンテナ

受信機はALINCOのDJ-X11 ハンディータイプのワイドバンドレシーバー。
もうちょっと安いのでよければ、ICOMのIC-R6もいいとか。　秋葉原の無線機屋で入手。

本当に衛星を聞くなら、もっとちゃんとした固定機とかを選ぶべきなので・・・。

このDJ-X11は簡易ながらI/Q信号を取り出してウォーターフォール画面で電波を受信できるので、すばらしいソフトウェアラジオ(KG-SDR)と組み合わせると、モールス符号とドップラーシフトを視覚的に観察することができる。

ドップラーシフトの激しい衛星運用にはとても便利。　設置してしまえばあとはPC上で操作が完結するので、運用した気分になれる。

分解、組み立て

完成品のままでは移動しづらいため、写真のように分解できる。

一番長い素子も収納できるように、塩ビ管の分割比率を考慮した。塩ビ管のキャップをはめて密封する。キャップは完成時、アンテナの前後にはめて使う。

素子を取り付けたところ。 T字パイプで連結する。
ここにいつかローテーターをつけるんだ…

最終的な形

輻射器拡大。エレメントの固定は、感光済み基板の切れ端を使用。

ケーブルとコネクタが無駄に高かった。原典で500円ポッキリなのは素子と棒だけなので、ちょっと期待しすぎた。それでも2千円もかかってないと思う。

だいぶ怪しいけれども、このように物干し竿に吊り下げることも可能。

CubeSatや、世界のアマチュア衛星のビーコンを聞くのは意外と楽しい。ただ、記念すべきファーストライトは、やっぱり違法無線。　東京方面でやたらと賑やか。　ご丁寧に現在地を放送中の局があったので、アンテナの指向性テストしてみたり。　

その後AO-51のビーコンが弱々しく聞こえてきた。
小型衛星組も一通り聞くことができた。　・・・ポポポポーポー・・・ポーポポポー・・・　
ドップラーシフトで音程が変わっていく。変わるたびにダイヤルで信号を追尾する。

Orbitronなどのソフトウェアを頼りに衛星を追跡するけれど、ドップラーシフトが大きくて、受信機の周波数を追従させるだけでも結構大変だった。

なぜか低軌道衛星の運用を体験する前にとある探査機のビーコンを聞くという貴重な体験を経ているので、逆に新鮮だった。地球を飛び出して二度と戻ってこない探査機は、地球との相対速度がドップラーシフトとなる。　1日単位ではドップラーシフトはほぼ一定で、周波数は数日単位で観察しないと変化しない。それよりも送信機の温度環境や衛星の姿勢が周波数や、受信電力値の変動となって現れる。

せっかくIQ出力が利用できる受信機なので、アンテナのゲインを上げてデータ受信をやってみたい。

→新記事　受信に関する全般的まとめ

もっと簡単なもの　500円アンテナの改良

【サボテン】太陽電池の結線

久しぶりにサボテン計画。忙しかったり投薬治療直前でだるかったりして、かなり放置していた。さぼてんも不機嫌そうだ。せっかくなので、園芸用の水受けに移す。関節痛で寝込んでる間に、エイプリルフール終わってましたね＾＾･･･。太陽電池の展開機構を想像したが、まずは太陽電池の結線を済ませよう。配線を綺麗にまとめたくていろいろ探していたら、千石電商でぴったりなものを見つけた。 LEDリング基板というらしい http://www.led-paradise.com/product/629? 本来はチップLEDをリング状にまとめる代物。イレギュラーな使い道だ。今度は小径のを買って、GX200のリングライトに仕立て上げよう。嬉しいことにフレーム径にジャストフィット。配線を綺麗にまとめられた。太陽電池の接続部。逆流防止用にショットキーダイオードを入れている。かなりスッキリ。蛍光灯下 500ルクスでの実験。 EDLCは10Fを使用。ちゃんと充電が行われている。といっても、とてもとてもゆっくりとだけれど･･･。

Arduino Nano Everyを試す

秋月で売っていたAtmega8と、感光基板でエッチングしたArduino互換ボードを製作してみて、次に本家ボードも買って… と気が付いたら10年が経過していた。ハードウェア的な観点では、今は32bitMCUの低価格化、高性能化、低消費電力化が著しい。動作周波数も100MHz超えが当たり前で、30ｍA程度しか消費しない。動作電圧範囲が広く、単純な8ビットMCUが不要になることはまだないだろうけど、クラシックなAVRマイコンは値上がりしており、価格競争力は無くなりつつある。そしてコモディティ化により、公式ボードでは不可能な値付けの安価な互換ボードがたいていの需要を満たすようになってしまった。 Arduino Nano Every https://store.arduino.cc/usa/nano-every https://www.arduino.cc/en/Guide/NANOEvery そんな中、Arduino本家がリリースした新しいNanoボードの一つ。他のボード2種はATSAMD21(Cortex-M0+)と無線モジュールを搭載したArduino zero（生産終了済み）ベースのIoT向けボードだが、 Nano EveryはWifi Rev2と同じくAtmega4809を採用していて、安価で5V単電源な8ビットAVRボードだ。 Atmega4809はATmegaと名がついているが、アーキテクチャはXMEGAベースとなり、クラシックAVRとの間にレジスタレベルの互換性は無い。 https://blog.kemushicomputer.com/2018/08/megaavr0.html もちろん、ArduinoとしてはArduinoAPIのみで記述されたスケッチやライブラリは普通に動作するし、Nano Every用のボードオプションとして、I/Oレジスタ操作についてはAPIでエミュレーションするコンパイルオプション（328Pモード）がある。公式のMegaAVR0ボードはどれもブートローダーを使わず、オンボードデバッガで直接書き込みを行っている。ボードを観察してみると、プログラマ・USBCDCとしてATSAMD21が搭載されている（中央の四角いQFNパッケージ）MCU的にはnEDBG

ATmega4809(megaAVR0)を試す

megaAVR 0という新しいAVRシリーズを試してみた｡小さいパッケージなのに､UARTが4本もあるのが気になったのがきっかけ｡登場すると噂の Arduino Uno Wifi rev2 にも採用されるらしい｡簡単にデータシートを眺めてみると､アーキテクチャはXmegaシリーズを簡素化し、動作電圧範囲を広げたもののようだ。 CPUの命令セットはAVRxtと新しくなっているが、Xmegaで拡張された一部の命令（DESやUSBで使われる命令）が削除されていて、基本的に今までのATmegaとほぼ同じだ。コンパイラからは、先に登場した新しいtinyAVR0, tinyAVR1シリーズと共にAVR8Xと呼ばれて区別されている。 CPU周りを見てみると､割り込みレベルなど､今までのクラシックなATmegaで足りないなと思っていたものがかなり強化されていた｡ ArduinoAPIを再実装するとしたら便利そうなペリフェラルもだいたい揃っている｡データシート P6 DMAは無いけれど､周辺機能にイベント駆動用の割り込みネットワークが張り巡らされているのがわかる｡できるだけCPUを介在させない使い方がいろいろ提案されているので、アプリケーションノートやマニュアルを読み込むことになる。ピックアップした特徴･データメモリ空間(64kB)に統合されたFlashROMとEEPROM ･RAM 6kB ROM 最大48kB (メモリ空間制限のため) ･デバッグ専用の端子 UPDIを搭載･優先度付きの割り込み(NMIと2レベル) ･ピン単位の割り込み（かなり複雑になった）･リセットコントローラ（ソフトウェアリセット用レジスタが実装され、リセット原因が何だったかもリセット後に読み出せるようになった）･豊富な16ビットタイマ(4809では5基）･16ビットリアルタイムカウンタ(RTC) ･豊富な非同期シリアル/同期シリアル(USART 4ch､SPI 1ch,TWI 1ch) ･内蔵クロックは最高20MHz(PLL)と32kHzの2種類。外部クロックは発振器と時計用水晶のみ･ADCは10bit 16ch ･内蔵VREF電圧が5種類と多い(0.55V,1.1V,1.5V.2.5V.4.3V

GPSアンテナをつくる

GPSアンテナを作ってみた｡ 1575MHzの波長は約19cmなので､半波長で9.5cmとなる｡ GHz帯とはいえ､結構長いものだなぁ｡セラミック等の誘電体がなければ､平面アンテナで真面目に半波長アンテナを作ろうとすると手のひらサイズの面積が必要になってしまう｡普通のダイポールだと指向性があるので､交差させてクロスダイポールにする｡屋外地上局のアマチュア衛星用アンテナの設計をそのまま縮小したもの｡水平パターンはややいびつ 92.2mmの真鍮の針金(Φ=0.5mmくらい)を2本用意して､42.3mmで90°に曲げる｡長さの同じ素子同士を並べて配置する｡ (全長が半波長より長い素子と短い素子が交差した状態) 片方をアンテナ信号線､もう片方をGNDにつなげば完成｡実際5分くらいでつくったけれど､果たしてどうだろうか｡今回は､道具箱に眠っていた表面実装タイプのMT3339系モジュールに取り付けた｡アンテナはもともと3x1.2mm程度のとても小さいチップアンテナで､ LNAが入っているけど感度が悪かったのでお蔵入りしていた代物｡最近の携帯機器はみなアンテナに厳しい｡さて･･･クロスダイポール版モジュールをPCでモニタしたウインドウ(左)と､QZ-Rader画面東側に建物遮蔽があるので､そちら側の衛星はSNが悪い｡とりあえず補足できた衛星数はシミュレーションされたものとほぼおなじだった｡アンテナの角度をいろいろ振って､逆さまにしてもロストすることはなかった｡セラミックのパッチアンテナレベルにはなったかな･･･｡簡単にできてそれなりに測位するけれど､携帯性は皆無になった｡あと､近接周波数の干渉を受けやすいかもしれない｡ GPSアンテナのDIY例としては､QFHアンテナもある｡ラジオゾンデなどで使われている例がある｡いつもお世話になっているQFHアンテナ計算シートのサイト https://www.jcoppens.com/ant/qfh/fotos_gps.en.php ヘリカルアンテナは加工精度の難易度が上がるので､今回はクロスダイポールにした｡ GNSSとなると､複数の周波数のために調整されているセラミックパッチアンテナが有利だと思う｡セラミックパッチア

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