特集電波解読マシン Pi ラジオの製作 信号をディジタル処理して電力測定を行います . 使用 すを写真 1 に , バイアス・ティの回路を図 3 に示します . する帯域幅は 30 MHz ほどで , A ー D 変換される際の 今回 , BS パラボラ・アンテナとして , 生産終了品 電圧は 300K で 1 開 mV 程度になり , 少し不利です . ですが BS ー TA352 ( TDK ) を中古で入手しました . セ Pi ラジオは SDR なので , フィルタや検波方式など ンタ・フィード・タイプを選択したかったからです . 処理方法の最適化や条件の変更は容易です . これが この形式のアンテナは , 小型であることと , センタ・ SDR を使う利点ではないでしようか . フィード部分の影を見ながら調整すれば , 太陽の正確 な捕捉が容易である点から採用しています . ・ Pi ラジオから BS アンテナに電源を供給する BS アンテナは , BS チューナとの接続の規格が決ま ・信号処理方法 図 4 に示すのは , BS アンテナから出力される信号 っているため , ほとんどのものが使用可能です . アンプや変換器が内蔵されているため , 電源が必要 をスペクトラム・アナライザで観測した結果です . れは室内の 38 K の環境を受信している , つまりアン です . 電源は , RF 信号と同軸ケープルを共用してい ます . 15V の電圧を RF 信号に重畳して印加できるバ テナを室内にただ置いている状態です . この信号は , 3 開 K の黒体放射以外にもアンテナの イアス・ティ回路が必要です . バイアス・ティを組み込んだ Pi ラジオ内部のよう 初段アンプの熱雑音も含まれており , 比率としてはそ 3 BS パラボラ・ 2GHz Pi レシーバ拡張基板 アンテナ センタ・フィード・タイプを使うと影 を見て太陽を捕捉しやすい . 生産中止品だが BS ー TA352 ( TDK ) など 0 5V → 15V 昇圧 DC-DC コンバータ ( 秋月電子通商 ) ミない・ををイツ ラズベリー バイ 3 液晶表示器の基板 BS アンテナ 電源用パイ アス・ティー 写真 1 BS アンテナを接続するため Pi ラジオの入力に電源供給 機能を追加した バイアス・ティーは , 高周波信号線に直流バイアスを加えられる分岐回路 Pi ラジオ 本体 R F 入力 受信周波数は 1 GHz 図 2 12GHz 付近の電波を受信するシステム BS アンテナからは 1 GHz 付近の電波が得られる . これを Pi ラジオに直 結する ATT 1 ・ - it 画一も協 1 信号 直流電流 100nH 100p トーー - Pi ラジオ入力 こは可能な限り短くする 広帯域化のため , イン ダクタは共振点の異な る 2 種類を直列で使用 十 5V 昇圧 DC-DC コンバータ 15V 100mA 5V から昇圧できる電源を 準備すると Pi ラジオの電源 と共用できて屋外で便利 図 3 BS アンテナへ電源を供給するバイアス・ティー回路 BS アンテナへ 15V 電圧を供給する ンシスタ技術 2017 年 1 月号 BS パラボラ・ アンテナ 14H ー 70dBm/ MHz 1 5V OP ・ 1000p 1 .5G 3G 600M 0 周波数 [ H 幻 図 4 適当な方向へ向けた BS アンテナの出力をスペクトラム・ アナライザで観測 600 Mæ 1 .5 GHz の広範囲に一 70dBm / MHz 以上の出力がある 57

庇 = 1012 物 700 こ Step= 乢 0000 MHz 号 ( 電力平均値 , 図 5 BS アンテナを接続した Pi ラ ジオで室内 ( 38 K) のホワイト・ノ イズを観測 ″ 0 復調を使っているので , ニつの出力 が得られている . このニつの信号を合 算して出力にしている ちらの方が大きくなります . このスペクトラム分布か 最も小さな値を示すのは , 雲のない晴天の天頂方向 ら見て , 黒体放射の信号の波形はホワイト・ノイズと にアンテナを向けたときで , 平均値は 65mV です . 同じくランダムになるはずです . 次に小さいのが , 太陽にアンテナを向けた際の 図 5 は , アンテナを Pi ラジオにつなぎかえて観測し 80mV です . 最も電圧が大きくなるのは , 日陰の地面 た 300 K のホワイト・ノイズです . この受信波形を処 ( 実測 12 ℃ = 285 K) にアンテナを向けたときの 97 mV 理して黒体放射の量を求めます . です . Pi ラジオは直交復調を使っているので , / 信号と Q 最も電圧が大きくなるときは太陽に向けたときだと 信号の二つが得られていて , 位相と振幅の両方を求め 思いがちですが , アンテナで受信できるエリアに対し られます . 位相は無視して , 各サンプリングごとに振 ては太陽の大きさがわずかなので , 他のほとんどの面 幅のみを取り出します . 〃 Q 信号の詳細は後述します . 積を占める宇宙空間との平均値になり , あまり大きな 値が得られません . ら = 卩 + Q2 アンテナを天頂方向に向けると , まさにビッグバン の痕跡である 3K の黒体放射を測ることができます . 測定結果 3 K よりも低温の物質はなかなかないため , 今回は この宇宙背景放射を「ほば 0K 」として扱うことにし ます . そうすると , この時の検出電圧 65 mV のほと 砒を時間軸方向にプロットした結果を図 6 に示し んどは BS アンテナの初段アンプが発生するノイズで ます . アンテナをいろいろな方向に向けて , 振幅の変 あるとわかります . 化を取ってあります . O 一 ・アンテナをいろいろな方向に向けて振幅を観測 1 20 1 00 80 出 60 40 図 6 BS アンテナをいろいろな方向第 に向けたときの電波強度をプロット 20 電波のレベルが一番小さいのは空に向 0 けたとき . 地面に向けると , 地面から の黒体放射が測定されるため 雲のない空 雲のない空 太陽 太陽 日陰の地面 雲のない空 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 40.0 45 ℃ 50.0 35.0 時間 [ 秒 ] 5.0 0.0 58 ンタ技術 2017 年 1 月号

発売中 RF DESIGN SERIES AM/SSB/FM ・・・高速 A-D 変換 x フルディジタル RF 信号処理実験ボード コンピュータでソフトウェア変復調 [ アクリル・ケース付き ] フルディジタル TRX-305A 無線機の信号処理 定価・本体 88 , 000 円十税 西村芳ー / 中村健真共著 B5 判 224 ペーシ CD-ROM 付き フルディジタル RF 信 号処理実験キット T R X - 305 用 D S P フ レームワーク 定価本体 5 , 48 円 + 税 JAN97 789 6356 『トランジスタ技術』 2014 年 9 月号の特集記事「全開 ! フルディジタル無線」で解説されている SDR 無線機の 信号処理メイン・ポード ( TRX -305MB ) のケース付き キットです . RF しティシタル無線機の 信号処理・ AMSSBFM ・・・高速 A ・ D 検コンヒータ・ 0 ノフトウェア変 西村芳ー 中村健真 ~ 電子工作 H 訂記 h シリズ C ( 避版・ I ラジオからアマチュア無線まで / 拾えなかった微弱電波が丸聴こえ 小型・高感度受信 ! 鈴木憲次 / 川上春夫共著 B5 変型判 112 ページ オールバンド室内アンテナ 定価本体 2 , 600 円 + 税 JAN9784789845779 の製作 ラらオからアマチュア無線まて , 給えなかった徴電波カこえ 小型・高感度受信 ! オ→レミンド 室肉アンテナの製作 木憲次十川上春夫物 1 0 アンテナをつないだ USB ドングル・サイズの小さなユニットを PC に 差し込んで , パソコンにソフトウェアをインストールするだけで , すこ ぶる高性能なレシーバを再現することができるというものです . このソフトウェア・ラジオは , 高性能がゆえに , ロング・ワイヤ・ア ンテナなど , シンプルなアンテナでも , そこそこの電波を受信すること ができますが , 本来は , もっともっと良い性能を持っています . 第 1 章 電波とアンテナ アンテナとパソコンをつなぐジョイント・ポックスの製作 第 2 章 第 3 章 広帯域受信ができる室内アンテナの製作 広帯域受信ができる屋外アンテナの製作 第 4 章 ソフトウェア・ラジオの機能を広げる機器の製作 第 5 章 第 6 章 広帯域 3 素子リング・ループ・アンテナ 有限反射板付き 2 , 4 , 6 素子変形バット・ウイング・アンテナ 第 7 章 第子工を CQ 出版紅 -http://shop.cqpub.co.jp/ff 。 CQ 出版杠 ンタ技術 2017 年 1 月号 32

電波解読マシン Pi ラジオの製作 特集 イントロダクション 1 一 2 3 4 5 6 7 パラボラ・ アンテナ 周波数戸 = 12GHz. 直径 300 d=0.36m 波長え = fCMHz] 図 7 パラボラ・アンテナが受信する電波の範囲 理想的にはビームのように一直線だが , パラボラのサイズと波長に応じ て少し広がってしまう ・パラボラのビーム角度を考えて太陽から届いた電 波の強さを計算する パラボラ・アンテナから電波を送信したと仮定しま す . その時 , パラボラの直径のままビームがまっすぐ 飛んでいくのが理想で , 原理的にはそのような形状に 作られているのがパラボラ・アンテナです . 実際は電波の波長とパラボラ・アンテナの直径の関 係から , ビームは広がっていきます ( 図 7 ). これは受 信の場合も同様です . この式からパラボラ・アンテナは波長が短いほど , 直径が大きいほどビームを絞れることがわかります . 太陽も同様に , 観測点から見ると完全な点ではなく 広がりがあるため , ビーム角度を考えることができ , 広がり角 1 80 え = 1 .22 = 4.9 。 = 0.5 。 パラボラ・アンテナの観測範囲に 対する太陽の補正係数 日わ田 m 地上の観測点 図 8 バラボラ・アンテナの受信範囲のうち太陽がどのくらいの 領域を占めるのか考えて補正係数を求める 太陽以外からの電波と平均されてしまうので , それを補正する =0.025m これは 0.5 。です ( 図 8 ). このビーム角度の比から , パラボラ・アンテナが受 信する範囲のうち , 太陽の占める割合を表す係数ス が求まります . 太陽をパラボラで受けた際の黒体放射 の電圧にこの係数を乗算することで , 太陽の黒体放射 の補正値が求められるはずです . ・計算結果 表 1 に計算結果を示します . 天頂を測定したときの 3 K の測定値を温度ゼロのと きの値と見なして , ノイズ成分による値とします . 太陽と地面の測定値から , ノイズ成分の 65mV を引 きます . ここで問題なのは , 地面は理想的な黒体では ないことです . 黒体と見なしていますが , 実際は誤差 が生じると思われます . できれば , パラボラ・アンテ ナを覆える大きさの電波吸収体を黒体と見なして , そ ちらに向けた時の値を採用するとよいでしよう . ノイズ補正された太陽の測定値に , 先ほど計算した 補正係数 94.3 をかけて 1453.7mV を得ます . これはパ ラボラのビームを絞って , 100 % で太陽からの黒体放 射を受けたと仮定した電圧です . 285 K のときの電圧が 32.5 mV, 太陽の電圧が 1453.7mV なので , その比から太陽の温度 CK] を求 めます . 285 x 1453.7 / 32.496 12749 K 一般的に知られている太陽の表面温度 5777K より も随分と高い温度になりました . 地面の放射率が理想的黒体よりも若干低いとしても 誤差が大きいことから , 太陽表面付近にある高温部分 の影響が出ているのかもしれません . 表 1 測定結果から太陽の温度を推測 通常知られている表面温度よりも高い値になってしまった 場所 電圧 太陽 80.436 mV 天頂 65.013 mV 日陰の地面 97.510 mV (a) 測定値 場所 電圧 太陽 15.423 mV 日陰の地面 32.496 mV (b) ノイズ補正値 項目 値 ビーム角度 4.9 。 補正係数 94.3 補正値 1453.7 mV 太陽温度 12749.3 K (c) 計算結果 ンシスタ技術 2017 年 1 月号 これをノイズと見なす ←ノイズの影響を除去 ←ノイズの影響を除去 ← 94.3 x 15.423 ← 285 x 1453.7 + 32.496 59

特集 電波解読マシン Pi ラジオの製作 八木アンテナを東の仰角 45 。 に向ければよいとわかる イントロダクション 1 、 2 3 4 5 6 7 ル純市れ e 市印 ) 物 S はロ 5 ー に c temo ⅵ ) w page .. 「純朝 11 ー鹵国 M 新面 urnGoaiQ 地ⅳ n [ 新 R 19V2 凱臧 0 創 R 白加 R nove 第 110 s never ! = t 印ゅ n 等当を当 0 を山 110 の第い N E に v 計 i 廳 i m u t h CFiIe] → [Recoad] と選ぶ 図 9 衛星軌道計算ソフト Ca 旧 at32 の画面を見 てアンテナを手動で向ける さらに偏波面を合わせるために , 軸回転させて最大感 度になる角度を探す 0 vmolmg: Record 田 9 田 0 巳 取り込み開始 図 10 受信したデータは変換用ソフトウェア WX mg で画像にできる これは Windows 用のソフトウェア 受信でアンテナの水平 / 垂直の関係が変化するという 意味です . 水平同士なら感度が最大 , 垂直だと感度ゼ ・ STEP2 : 受信 & 復調した信号をパソコン上で画像 口になります . に変換 例えばテレビ・アンテナは水平で使いますが , それ こうやって受信した信号を画像変換ソフトウェア WXt 。 を垂直にすると感度が著しく低下します . これは , lmg に読み込ませます . WXtoImg をインストールしてあ ア レビ放送では水平偏波を使用するという取り決めがあ るパソコンのマイク入力に受信信号を入力します . Mac るためです . 偏波面は揃えないと通信できないのです . Book の EasyAudioRecorder を使って録音した信号を再 衛星からの電波を受信するためには , この偏波の問 生し , WXtoImg が動作しているパソコンへ入力しました . 題が重要です . 固定されたアンテナでは , 受信感度の 指定したファイル形式に変換しておけば , ファイル 変動が大きくて実用的ではありませんでした . を直接読み込むことも可能です . 偏波の変動に強い , クロス・ダイボールなどの衛星 WXtoImg を起動し , メニュー・バーの CFiIe] 用アンテナを使うことも考えられますが , ほとんど市 CRecordJ で図 10 の画面になります . CManuaI Test] 販されていないため入手困難です . 自作するという手 ボタンを押すと入力を受け付けるようになり , 画像の もありますが・・ 描画を開始します . このとき再生機器のポリュームを操作して , 右下の ・ STEPI : アンテナを手に持って , 方向と軸回転を Ⅶ 1 の値が 70 程度になるよう調整します ( 図 11 ). 描画 調整しながら受信 を止めるには , CFiIe] ー CStop] です . 今回は , 小型の八木アンテナを手に持ち , 受信状態 このソフトウェアにはさまざまな画像処理機能があ を見ながら手動で調整しました . 八木アンテナを使う るので , 詳細は以下のページを参照ください . 場合 , この方法が最も簡単で効果がありました . http://www.wxtoimg.com/support/j a—wxgui. html 衛星軌道計算ソフトウェア CALSAT32 の天球画面 ( 図 9 ) でリアルタイムの衛星位置を確認し , まずアン テナをその方向に向けます . こうして得られた衛星画像が図 1 です . これは画像 受信信号の「ピーツ , ピーツ」という音か , あるい 処理をしていない生の画像です . はスペクトラムの強度を画面で見ながら , アンテナを 偏波面と方角を探りながらの受信なので , 所々信号 軸回転させて , 最適偏波面を探します . この操作が最 が弱まって S / ルが悪化しています . 偏波回転に強い も簡単で効果がありました . このとき得られる Pi ラ 衛星用アンテナを使えば , 調整の必要が少なく , もっ ジオの出力を録音します . と綺麗な画像になると思います . ンダ技術 2017 年 1 月号 53

特集電波解読マシン Pi ラジオの製作 第 3 章 万物が 出す 電磁波を キャッチ イントロダクション 1 2 3 4 5 6 7 ン サ オロ ジるト ラ作ス でア 太陽の表面やー 270 ℃に冷え切 った宇宙の果ての温度測定に挑戦 3THz 100kHz 10MHz 20GHz 地上に電波が届く 空気中の水分子 電離層に反射 周波数帯 などに吸収され され地上に届 この範囲が宇宙へ 地上に届かない かない の窓 BS 放送など衛星通信で使われる電波の帯域と宇宙から届 く電波の帯域はほぼ同し人工衛星 ( 宇宙 ) からの電波を を学ける必要があるので当然ではある 図 1 宇宙から届く電波は周波数範囲が限られている Pi ラジオは 50 M ~ 2 GHz を受信できるので , この中の広い範囲をカバ ーできる 通信用の電波とは異なり , 得体の知れない電波を 解析する例として , 字宙から地球に届いている電波 く編集部〉 を Pi ラジオで観測してみます . 宇宙を飛び回る電波のうち 数十 M ~ 十数 GHz だけが地上に届く 電波というと , 我々現代人が独占的に通信などに利 用している物理現象だと思いがちですが , 字宙空間に は自然界が作り出した電波で溢れています . 電磁波まで考えれば , 太陽などの恒星が可視光など の光を出しているのはわかると思います . それだけで できます . なく , もっと周波数が低い電磁波である電波も宇宙空 21cm 線の 1.4GHz は , 周波数が中途半端に低い 間には多く存在しています . ため , パラボラ・アンテナが直径数 m と大型にな そのため , 電波を使った電波天文学という分野があ ります . り , 電波望遠鏡と呼ばれる巨大なパラボラ・アンテナ ②黒体放射 を使って , 観測が行われています . あらゆる物質が放射する連続スペクトルの電磁波 ただし , 周波数が数 MHz 帯以下の電波は地球のま です . その強度と周波数域は温度に比例します . わり ( 大気の端 ) にある電離層に反射されるため , 地表 電波の強度から物質の温度を知ることができ , ビ には届きません . 逆に数十 GHz 以上も , 大気中の水 ッグバンの痕跡である字宙背景放射や , 太陽や月な 分子などに吸収されてしまい , 地表には届きません . ど近くの天体の温度測定ができます . 図 1 に示すように , 数十 M ~ 十数 GHz の範囲だけが 黒体放射は , 連続スペクトルで帯域が広く , いろい 電波にとって宇宙への窓となっています . 地上での電 ろな周波数で受信できます . 安価に入手できる 波天文の観測は , 主にこの周波数範囲で行われます . 12 GHz 帯の BS パラボラ・アンテナが流用できるため , 天の川や太陽からの電波を 今回は黒体放射を観測することにしました . 受信してみたい BS パラボラ・アンテナは , 受信した 12 GHz を 1 G 天体が放射する電波には多くの種類があり , 連続ス ~ 2 GHz の帯域にダウン・コンバートして出力します . ペクトルのものや単一スペクトル , 周波数帯域 , 強度 Pi ラジオをそのまま繋ぐことで受信できます . などさまざまです . うそのようなホントの話 その中でも比較的簡単な装置で受信可能なものに以 太陽の温度や宇宙の果ての温度を測る 下の二つがあります . 。 = ① 21cm 線 黒体放射を観測するシステムを図 2 に示します . 中性水素原子のエネルギ状態の変化によって放射、 BS パラボラ・アンテナに今回製作した Pi ラジオを される 1.42040575 GHz ( 波長 21 (m) の単一スペクト つないだだけの大変シンプルな構成です . ルです . アンテナを天の川など星雲に向けると観測 大学関係など , 他の方の実験内容を見ると , BS ア ・ BS アンテナ十 Pi ラジオの構成 3 55 ンシスタ技術 2017 年 1 月号

イントロダクション RF インタープリタ「 Pi ラジオ」誕生 宇宙 , 太陽 , 気象衛星 , 電子回路・・・万物のヒソヒソ声を電波で解説 ■ラズベリー・バイで電波を解読 / ・電波もディジタル化して扱う時代が来た 空間を飛び交う電波は , アンテナで電気信号に変換 できます . アンテナで受けた電波は , 電気信号の世界 で最も微弱です . しかし , わすかなハードウェアで A ー D 変換できるようになってきています . ディジタル 信号にできれば , あとはソフトウェアで処理できます . それがソフトウェア無線 SDR(Software Defind Radio) です . ・ラスペリー・バイを使ったポータブルなソフトウ ェア受信機を製作 / ディジタル I/O をもっていて安価で入手しやすいラ ズベリ ・パイを使って , 電波を受信できる無線機「 Pi ラジオ」を製作しました ( 写真 1 ) 主要部分を写真 2 に示します . ご覧の通り , 一見しただ けでは受信機には見えません . 高周波回路に付き物だ ったコイルやフィルタはほとんどありません . 拡張基板 の面積の半分以上はディジタル回路です . アナログ部 最新 RF ℃ X ホビー スバコン ハンドル . / ヾネルを ひっくり返したとき I の足にもなる アンテナ 接続用の コネクタ 定常波出力の 、コネクタ 電源入力 ・ . 。第受信出力 。、ミ周波数調整用の 電源ボタン 1 ロータリ・エンコーダ 写真 1 電波をソフトウェアで解説するポータブル受信機 Pi ラジオ 受信周波数 50M ~ 2GHz , 受信帯域幅 30MHz , 感度一 120dBm ( 狭 帯域 FM 受信 ) 2GHz Pi レシーバ 第 拡張ポード 、、ラズベリー・バイ 3 ) 液晶画面の裏に配置 写真 2 Pi ラジオは高性能な RF ワンチップ℃と FPGA , そしてコンピュータでできている PLL やミキサなどワンチップの RF ℃でアナログ回路を構成し , ティジタル領域で信号を処理するソフトウェア無線 (SDR) を実現 36 トランタ技術 2017 年 1 月号

特集電波解読マシン Pi ラジオの製作 も 30 倍程度と予想できます . 鮮明な画像が欲しい場 準備するもの 合は , 感度の高い八木アンテナにロー・ノイズ・アン プを加えるなど , ゲインが稼げる方法がよいでしよう . ・衛星の位置を調べてくれるフリーウェア Ca 旧 at32 つまり , そこそこのアンテナと FM トランシーバく いつも日本上空にいる静止衛星のひまわりと違って , らいの受信感度があれば , NOAA 受信環境が整います . NOAA はかなりの速度で日本上空を通過していきます . 図 1 に示したように , NOAA はアナログの APT 方 日本に近づいたときでないと , 電波は受信できません . 式とは別にディジタルの HRPT (High Resolution 何時何分にどの位置を通過するのかを事前に知って Picture Transmissions) 方式の電波も出しています . おく必要があります . この面倒な計算を簡単にやって こちらは , 夜間の撮影や海水表面温度分布などにも対 くれるフリー・ソフトウェアが存在します . 応しており魅力的です . CaISat32 ( 図 3 ) というソフトウェアで , 自動で軌道 HRPT 方式は , 十分な S / Ⅳが取れないと受信不可で t 算の結果を地図上に表示してくれます . す . ノイズが多くても受信可能な APT 方式の電波と 受信可能な範囲を常に地図上に表示してくれるため , 違い , パラボラ・アンテナが衛星を自動追尾するよう 受信開始のタイミングもわかりやすいです . な設備が必須になります . 個人でお手軽に , というわ 衛星は高速で動いているため , ドップラー効果によ けにはいかないため , 今回はあきらめました . って受信周波数が数 kHz ずれます . その時々の周波 数変異も表示してくれます . ・システムを組む 図 4 が今回使用した NOAA 受信システムです . ・アナログ方式の電波なら受信は比較的簡単 八木アンテナで NOAA の電波を受信し , Pi ラジオ 上空 800km とは言っても , 障害物のない見通しの で 24kHz 帯域のオーディオ信号に復調します . 良い状況であるため , 地上に届く電波の強度はそこそ 復調した信号を衛星画像処理用のフリーウェア こあります . 棒のようなシンプルな形状をしたアマチ WXtoImg で処理したいのですが , マイク入力などか ュア無線用のグラウンド・プレーン・アンテナでも , ら入力されるオーディオ信号をリアルタイムに受け取 ー 100dBm の強度で信号が入ってきます . FM 放送だ る仕様になっています . と同じ条件で一 60dBm 程度ですから , それに比べる アンテナを握ったまま衛星に向けるには手が離せま と弱い信号です . せん . そこでいったん Pi ラジオの復調出力を録音し , NOAA 信号と受信条件が似ているアマチュア無線 それを再生して WXtoImg に入力することにしました . 用狭帯域 FM トランシーバの受信感度の下限は一 120 録音せすに , Pi ラジオからの出力を直接 WXtoImg で dBm で , Pi ラジオも同程度の設計です . これは S / Ⅳが 受けても問題ありません . 10dB の条件なので , ー 100 dBm の NOAA 信号が入っ なるべく鮮明な画像を得るために , アマチュア無線 たときの S / ルは 30dB 程度になります . 電圧差で 30 倍 用 144MHz 帯の小型八木アンテナと , 秋月電子で入 くらいになので , 得られる画像の明暗のコントラスト 手できるアンプ IC GN1021 ( パナソニック ) を使ったロ ④ノート PC ③ Pi ラジオ アンテナの向きを調整するために衛星 の位置を知る , 復調信号から画像データを取り出す 衛星軌道計算 : CALSAT32 (Win) 録音 : EasyAudioRecoderLite(Mac) 画像処理 : WXtoImg(Win) イントロダクション 1 2 3 ・、 ( 4 5 6 、 7 旨ロ ①八木アンテナ AI 44S5R ( 第一電波 ) 電波の 信号 受信したアナログ信号 . なル = 24kHz なので オーディオ帯域に収まる ②ロー・ノイズ・アンプ 電波が予想より弱かったので追加 . 電波の復調に使う . NarrowFM 復調モード GN1021 使用 . ゲイン = 20dB 受信周波数な = 137MHz, 帯域幅なル = 24kHz 図 4 気象衛星 NOAA の電波を受信する Pi ラジオを使ったシステム より強く電波を受信するために , 指向性の強い八木アンテナとアンプを追加した ンタ技術 2017 年 1 月号

特集電波解読マシン Pi ラジオの製作 オーディオ 帯域 アンプ スピーカ イントロダクション 1 2 3 4 5 6 7 LPF (CIC フィルタ ) アンテナ からの 入力 A-D LPF コンバ ータ ミキサ 復調 1 st LO ディジタル 信号 図 5 理想的なソフトウェア受信機のプロック図 受信したい周波数が高いと , A ー D コンバータも CPU も非現実的になってくる アンテナ 低雑音 アンプ 人力 アナログ 信号 局部発振器 ソフトウェア からの 中間周波数 アンプ A-D LPF BPF BPF コンバータ ミキサ 1 st LO 局部発振器 ハードウェアの帯域制限があり , できることが限られる 図 6 現実的なソフトウェア受信機のプロック図 アナログ回路で増幅 , 周波数変換を行って扱いやすい信号にしてから処 理する 変化し , プレーヤの交代が起こります . これはかって 我々が見てきた通りです . 無線通信の世界でも着実に 変化が始まっています . ■ハードウェア部分の設計は ・ RF ワンチップ℃を組み合わせれば 0 K キット任せで始められる A ー D 変換の前はアナログ回路が必要ですが , 最近 は RF 回路のワンチップ化が進んでいるため , 各デバ ・ソフトウェア無線の実現方法 理想的な SDR のハードウェアは , 図 5 に示すよう イスを 50 Q 伝送路で接続するだけ , あまり設計らし にアンテナに A ー D コンバータをつなぐだけ , 後段は いことをしなくても , フロントエンド部分を完成させ られます . Pi ラジオのフロントエンドも RF ワンチッ 全てソフトウェアで処理するような状態です . とはい プ IC を組み合わせてできています . え , 現状ではデバイスの性能的にちょっと無理です . 現時点の SDR は , 図 6 のような構成が一般的です . アンテナの信号をアナログ回路による周波数変換器を ・ソフトウェア無線用の基板キットや℃が利用できる SDR に特化したワンチップの SoC や , ハードウェ 通して低い周波数にしてから A ー D 変換し , FPGA な どのディジタル・ハードウェアで信号処理を行ってデ ア部が完成している SDR ポードも色々と市販されて います . FPGA とソフトウェアの開発環境さえあれば , ータ量を減らしてから , ソフトウェア処理に入ります . ソフトウェア無線機を全て自分の手で設計するとな SDR を始められます . ると , FPGA などのディジタル信号処理の知識と , 後 本特集で使う Pi ラジオも , キットとして販売します . ハードウェアを製作する必要はありません . 段のソフトウェアでの信号処理の技術が不可欠です . 製作した Pi ラジオのフルキットを開発中 / 羊細は本誌特設サイト「 Pi ラジオ実験室」まで ・ 2 GHz Pi レシーバ拡張ホード 予価 : 64 , 000 円 ( 税別 ) ・部品実装済み ( はんだ付け不要 ) ・ FPGA のコンフィグ・データ書き込み済み ラズベリ ・パイ 3 と , ラズベリー・パイ 3 上で 動く OS やソフトウェアを用意するだけで使えます . LPF ( FIR フィルタ ) LPF 復調 ソフトウェア オーディオ 帯域のアンプ スピーカ 一三ロ ・ Pi ラシオフルキット 予価 : 100 , 000 円 ( 税別 ) 2GHz Pi レシーバ拡張ボードに加え , ラズベリ ・パイ 3 , 加工済みケース , 液品パネル , ロータリ・ 工ンコーダなどがセットになっています . バッテリ は含まれません . 39 ンタ技術 2017 年 1 月号

第 2 特集 100 m なんか余裕綽々 / 920 MHz 無線で日曜大工電子工作 1 2 彎 3 USB ドングル・タイプや表面実装タイプまで ! Wi ー SUN 無線モジュールのいろいろ ・すぐ試せる / USB ドングル・タイプ ・低消費電力で超小型 / 表面実装タイプ USB ドングル・タイプの Wi ー SUN 無線モジュー 表面実装タイプの Wi ー SUN 無線モジュールは , ルは , 無線用 RF 回路のほかにアンテナやマイコン , 無線用 RF 回路など必要最低限の機能が搭載されて 電源 IC, インターフェースなど , 必要な機能がす います . 専用の実装基板が必要で , すぐに試すこと べて 1 パッケージに収まっています . パソコンがあ はできませんが , 消費電力が低くて実装面積も小さ ればすぐに試せます . ただし , ほかのタイプの Wi いため , 高性能化を目指す製品への組み込みに向き ー SUN モジュールに比べると , 価格は高めです . ます . 価格も安く , 大量生産に向きます . 写真 A に示す BP35C2 ( ローム ) は , USB ドングル・ 写真 B に示す BP35C0 は , 表面実装タイプのサプ タイプの Wi ー SUN 無線モジュールです . BP35A1 GHz 無線モジュールです . アンテナは外付けです . 同様 , パターン・アンテナを内蔵し , 日本の技術基 主な仕様を表 A に , 外観を写真 A に示します . 受信 準適合証明 ( 技適 ) を取得しています . 主な仕様を表 時 25mA , スリープ時 44A と低消費電力で通信で A に示します . きることが特徴です . く佐多輝美〉 ROHm ・ 回 003 ・ 150252 BP35CO F04 回回 615L001 001D1291 00000205 写真 B 表面実装タイプの w ト SUN 無線モジュール 低消費電力で超小型なので製品への組み込みに向く . 写真は BP35CO ( ローム ) へへ代 00 へへへへ 00 へへへ 00 へへへ 00 へへへ 00 へへ代代 00 へへへへ 00 へへへ代 000 へへへ 00 へへへへ 000 へ RO 工ョを、を ~ 回・・回 BP35C2 548L001 001 「 ) 12 に 100002 ) 05 写真 A USB ドングル・タイプの W ト SUN 無線モジュール パソコンがあればすぐ試せる . 写真は BP35C2 ( ローム ) 表 A タイプ別 W ト SUN 無線モジュールの主な仕様 用途によって選べるようになってきた タイプ USB ドングル B P35C2 あり USB 表面実装 従来型 B P35C0 B P35A 1 ARIB STD-T108 / Wi-SUN(B ルート , HAN) なし あり SMD( 面実装 ) ポード・ツー・ポード M L7396 B ( ラピスセミコンダクタ ) 品番 準拠仕様 アンテナ コネクタ 無線チップ インターフェース 周波数 変調方式 変調速度 送信パワー 受信感度 電源電圧 消費電流 (typ) 動作温度 サイズ ML7416 ( ラピスセミコンダクタ ) USB(USB 2.0 準拠 ) UART 922.5 ~ 927.9 MHz 2 値 GFSK 1 開 Kbps 20 mW()3 dBm) ー 103 dBm ( 1 開 Kbps, 召 E く 0.1 % ) 2.6 ~ 3.6 V 45 mA 25 mA 4 A ー 30 ~ + 85 ℃ 15.0 x 19.0 x 3.0 mm 4.5 ~ 5.5 V 48 mA 30 mA 6 mA ー 20 ~ + 50 ℃ 21.4 x 49.7 x 8.5 mm 2.7 ~ 3.6 V 46 mA 30 mA 9 ″ A ー 20 ~ + 80 ℃ 33.5 x 22.0 x 3.9 mm 送信 20 mW 受信 スリープ ンシスタ技術 2017 年 1 月号 117