ADS-B用PCBアンテナが届いた

1090MHz用PCBアンテナ 1
AliExpressでRTL-SDRレシーバと同日に注文したのにレシーバより2週間遅れでようやくアンテナが到着。中国郵政のePacketにしては遅すぎ。大阪でG20がある前に注文したのだが、中身が怪しげな円筒形の荷物だったので停められてたのかしら?それにしても、もう7月中旬だしなぁ。

1090MHz用PCBアンテナ 2
白い筒状のが1090MHz用のPCBアンテナ。一緒に写っている緑のデバイスは大きさ比較用のレシーバ。購入時は割引きがあって1077円(送料無料)。何の割引も無しだと1500円程度かな。PCBはアンテナの方式じゃなくて、この白っぽいパイプの素材(ポリ塩化ビフェニル)のこと。中には基板アンテナが入っている。レシーバと比べてもそんなに大きくないしとても軽い60g。本当におもちゃ。
一応防水になっている筈なのでこのまま屋外に設置できる・・・と書きたかったのだが、接着剤の流し込みが甘い感じなので信用できない。耐候性の高い接着剤を盛った方が良さげ。
AliExpressで探すと、見た目は同じPCBアンテナだけどアンテナ基板にLNAか何かの回路が入っていてBias Teeとセットなのが3000〜4000円程度。PCBパイプ無しでアンテナ基板のみの性能(特性)が違うのが300〜400円であるみたい。

1090MHz用PCBアンテナ 3
パイプに書かれている諸元ではゲインが6dBi、VSWR(電圧定在波比)が1.1、インピーダンスは50Ωということになっている。

1090MHz用PCBアンテナ 4
端子は普通のSMAのメス。Wi-Fi用のRP-SMA端子だと嵌まらないので注意。

1090MHz用PCBアンテナ 5
購入したアンテナはPCBパイプに接着封入済みなので中身を取り出して見ることはできないが、上の画像のようなのが入っているらしい。画像に2つ写っているのは表と裏ということらしい。SMA端子からの経路の途中にハンダが盛ってあるように見える部分が肝なのかしら?この部分のハンダが無くてパターンだけのアンテナ基板だと公称2dBi程度ということなのだが、何が違うのかしら? 似たアンテナ基板で下部にLNAか何かの回路が付いているものもあるみたい。

1090MHz用PCBアンテナ 6
ハンダが盛ってあるところにインピーダンス云々って書いてあるのでやはりここが何かなんでしょう。こんなので特性変わるって電波の世界は素人には理解できない。

せっかくレシーバ・アンテナケーブル・アンテナが揃ったので、とりあえず繋いでみた。アンテナは窓ガラスにガムテープで留めた。アンテナとレシーバの間は信号を減衰させるためだけに無駄に20mのケーブルとぐろを巻いている状態。BPフィルタとLNAはSMAオス-オスのアダプタが届いていないので接続できない状態。また、窓の外は周りが別の建物で塞がれていて遠くの空を見渡すことができない悪い環境。
ソフトウエアはとても簡単なModeSDeco2を使用。ドライバは別途インストールした。

1090MHz用PCBアンテナ 7
試したのは20分ほどだけ。その短時間でレシーバのアルミの箱がアッチッチになったのでレシーバの熱対策を行うまではなるべく使わないようにしたいところ。
100km以内には10機以上はいた筈だが、電波(ADS-Bのメッセージ)を受けたのは特定方向の近くを飛んでいた1機か2機のみ。

1090MHz用PCBアンテナ 8
笑っちゃうほど酷いカバレッジパターン。一応北西方向に50nmi(海里)=約93kmということになっているけど、地図(お見せできない)によると実際は約15kmでしかない。もちろん、短時間でたまたまその方向を横切った飛行機が15kmほどの距離にいたということなのでもう少しは遠くからの電波も受けられるかもしれないけど。

実家のアンテナの設置場所は他の建物に遮られない屋根の上を予定しているのでもう少しはマシかもしれない。でも、山に囲まれた盆地だから条件が良いわけではないのよね。
あと、おもちゃのアンテナの素の状態で20mのアンテナケーブルを使うのは無謀?長いケーブル使うならLNAは必須なのかしら?

1090MHz用PCBアンテナ 9
2019年7月13日追記:
パイプのキャップの隙間部分の接着剤が少くてちゃんと防水になっているのか心配だったので屋外に出す前にパイプ両端のキャップの縁にホットボンド(グルーガンで溶かした樹脂)を盛った。これでキャップの部分から水が入ることはないと思う。あとはSMA端子部分だけど、ここは後でBPフィルタ+LNAを入れた太いパイプと繋ぐ予定なので後回し。とりあえず雨が降ってない日に屋外で試用するつもり。
SMA端子部分を含めて完全に密閉したら夏の暑い日にパイプが破裂するかしら?雨が入らないように穴を作った方が良いかも。

このページの短いタイプのLNA無し版は2022年8月現在AliExpressでは販売が無くなったようで、LNA無しのPCBパイプ入りアンテナはこの42cmタイプだけが扱われているようです。
LNA有りでBias-Tで給電するタイプです。
関連記事:

RTL-SDRの機器の構成を素人なりに考えてみた

今回、ソフトウエアラジオを制御するPCが屋内で、アンテナがおよそ20m離れた屋外の予定。
機器の設置について4つのパターンを検討した。

設置パターン 1
パターン1
室内にPCと受信機を置き、屋外のアンテナ側にLNAとBPフィルタを付ける。受信機までは長いアンテナケーブルにする。
おそらく最も普通な構成だと思うが、LNAで信号を増強するとはいえ長いアンテナ線で信号が減衰してしまう可能性がある。そこで太くてノイズに強いアンテナケーブルを使いたいところだが、そういうのはかなり高価。 LNAの電源はアンテナ近くに電源を取れるところがあれば良いが、無いということであればアンテナ同軸ケーブルから電源を取れるようにする、合わせて受信機から屋外への間の何処かでアンテナケーブルへの電源供給を行うようにする。

設置パターン 2
パターン2
パターン1との違いは受信機をアンテナ側(屋外)にすること。アンテナから受信機までのアンテナケーブルは最低限で済むため信号の減衰を殆ど心配する必要はない。ただし、屋外と室内の間はワンルームのベランダですらUSBの通常ケーブルの上限5mを超えることがあるほどだから、家の屋根の上や庭のアンテナに繋ぐということであれば10〜30mほど伸ばす必要があり、おそらくリピータケーブルを使うことになる筈。このリピータケーブルをどの程度信頼して良いのか、また変な遅延が入るととても困るので難しいところ。

設置パターン 3
パターン3
PC(ここではSBCなどが現実的)まで全て屋外に設置。Wi-Fiで屋内の別のPCとネットワーク通信する。 屋外のPCに時間合わせのGPSのNTPを付けてしまえばWi-Fiの遅延も関係なく安心して使えるパターンではある。
ただし、Wi-Fiが常に安定して通信できなければ困る。
屋外のWi-Fiだと2.4GHzと5GHzのW52, W56が選べるが、W52の条件付き許可取りは現実的ではないので除外、W56はDFS問題があるので除外。となると、2.4GHzしか選択肢はない。都心だと混み合う2.4GHzは悪い条件だが、ど田舎なら問題ない?電波状況が良くても、場合によっては電波が届かないこともあるので屋内から屋外にWi-Fiアンテナを出せるアンテナ端子付きAPが必要になることも。

無線LANの代わりに有線LANという手もある。LANケーブルは意外と安いのでまともな雷対策さえできるなら検討するのもアリな筈。

設置パターン 4
パターン4
屋外に出すのがアンテナだけなので、構築時に最も楽な構成。屋外の電源の心配も無い。
机の前の窓から棒に付けたアンテナをヒョイと出すだけとか窓ガラスにアンテナを貼るだけというのもあるかもしれない。ただし、その場合は家が影になる方向は電波の回り込みがあっても受信が弱いだろうけど。
アンテナが屋根の上とか庭だとかアンテナの設置条件としては良くても、アンテナケーブルが長くなると元々弱い信号がさらに減衰してまったくどうしようもないことも。なので最も避けたいケース。

今のところはパターン1で準備している。長いアンテナケーブルが最大の心配。とくに今回は安物を揃えるという条件でやっているのでアンテナケーブルもWi-Fi用のメッチャほっそいの。それが20mという長さなので使い物になるのかしら?
ダメだった場合はパターン3で。この場合は屋外に普通のPCを置くわけにはいかないのでRaspberryPiのようなSBCを小型の箱に入れてPC代わりにすることになる。つまりそれも購入することになるのでイヤだけど。あと、SBCの内蔵Wi-Fiってアンテナ外出しにして電波飛ぶのかしら?弱かったら届かないかも。

このページの図ではアンテナの次にLNAで信号を増幅してからBPフィルタで不要な周波数をカットということにしているが、アンテナの次にBPフィルタで、LNAが後という考え方もあるみたい。前日購入したBPフィルタ+LNAはそういう思想で作られたモノだったし。

追記:
OneSDR-無線および無線技術に関するブログに参考になる記事があった。フィルタの前または後に低ノイズアンプを配置する必要がありますか?(FMラジオなど)どこかの周波数に強い信号がある環境ならBPFが先(アンテナに近い側)の方が良いとのこと。そうでなければLNAが先。

このページの図には避雷器は入っていないが、屋外アンテナではパターン3を除いてガスアレスタくらいは付けておかないとヤバいかも。LNAの電源を家庭用の交流電源からACアダプタなどで取っているならこちらにもせめて気休めのバリスタ程度でも何か付ける。でも、これ下手に接地すると避雷器どころか誘雷器になっちゃうのよね。難しい。雷は諦めても静電気対策はしなきゃ。
あと、パターン3だけで触れたけど、3だけでなく全ての場合で時刻合わせのNTPサーバは要る。どうせアンテナ張ってとかやるなら時刻ソースはGPSが簡単。テキトーにやってもそれなりに精度出るし。

関連記事:
Up