カテゴリー: 無線技術

MATLABで電波伝搬シミュレーション(移動運用編)

最近は、新型コロナの関係でなかなか移動運用に行けませんが、移動運用に行った際に目的とする場所と通信できるかどうかあらかじめ確認できると助かることがあります。そのため、今回はMATLAB でシミュレーションしてみることとしました。(MATLAB R2020bを使用)

MATLAB は各種の科学技術のシミュレーションができるツールですが、今回の電波伝搬シミュレーションは、MATLAB とアンテナ関連のシミュレーションを行うことができる Antenna Toolbox を使用しました。

Antenna Toolbox はアマチュア無線用ではなく、レーダの設計や衛星通信、さらには5G携帯電話のサービスエリア計算などを想定されて作られており、それらへの応用例が多いです。しかし、アマチュア無線でもそのまま使えますので、今回はアマチュア無線の移動通信用シミュレータとして使ってみました。

今回の例では、これまでに何回か移動運用を行っている滝知山展望台から西方向へ430MHz FMで通信を行うことを想定します。これまでは、焼津市より西との交信が難しいことが多かったので、浜松市と通信ができるか確認してみます。

まず、送信ポイントを滝知山パーキングを設定します。出力は10W、10mHの所にダイポールアンテナ相当のアンテナを立てます。

滝知山展望台

次に浜松駅前(仮)に20mHのアンテナを仮定します。実際にはこんな所にアンテナは立てません。

浜松市(浜松駅前)

MATLAB で電波の伝搬損失を計算します。

送信アンテナと受信アンテナを設定し、伝搬損失を計算。通信は無理であるという判定なので赤い線となっている。

伝搬損失計算をした結果、受信点までの距離は126.8km、 受信点の信号強度は-120.7dBm となり、-100dBmまでの受信が可能であるとすると、20.7dB足りないという結論になります。間にある牧之原台地の影響が大きいと思われます。

その結果、アンテナゲインが21dB以上(実際には余裕を含めて30dB程度)必要だという結論になります。これを元にアンテナを選ぶ必要があります。また、伝搬経路の選択(富士山での反射)なども検討する必要があります。下の写真は滝知山展望台の風景です。

今回のシミュレーションは初歩的なシミュレーションとなっていますが、MATLAB Antenna Toolbox は非常に高度なシミュレーションができます。今後はさらに高度なシミュレーションも紹介して行きたいと思います。

出力50Wのハンディトランシーバ?

出力50Wのハンディトランシーバ?

FT857DMをリチウムイオン電池で運用しています。

現在、移動運用のみならず、自宅での運用の時もFT857DMの下に置いたリチウムイオン電池で運用しています。

移動の時は車のバッテリのことを気にせず運用できます。ただ、夏の高温の車内はおすすめできません。(リチウムイオン電池全般に言えることですが・・)

FT857自体が重いのでなかなかハードですが、リュックの中に入れて50Wハンディトランシーバ?として動作させられます。

固定での運用も大型電源なしで1年以上運用していますが、問題は起きていません。(電源線が短いので電線での電圧降下もありません)。

また、この電池はマイナス温度でも動作できるようなので、冬の移動運用される方はいいかもしれません。(今のところこの予定はありません。)

このバッテリの欠点は、値段が高いことです。また私は気になりませんが電圧も若干低めです。

CQ出版で販売されてますので気になる方はWebページをご覧ください。

このバッテリについては今後も追加レポートしたいと思います。

アンテナシミュレータによるアンテナ設計

今までアンテナの設計は、自作ソフトやフリーのモーメント法ソフトを使っていましたが、単機能であったり、アマチュアバンドしか計算できないなどの制限がありました。今回、アンテナシミュレータを購入しましたので、各種のアンテナ解析が簡単に行えるようになりました。

今回は、一番簡単なV型ダイポールアンテナの解析を行っている所をお見せします。

下の写真は、21MHzV型ダイポールアンテナの設計をしているところです。給電点インピーダンス、アンテナ電流、3Dアンテナ指向性などの計算を行っています。その結果、V字の角度の変化によるインピーダンス変化が簡単に計算できました。

このソフトはMATLABですが、まだまだ足りない機能もあります。今後は、足りない機能をMATLAB上で自作していく予定です。

MATLAB上で動作するアンテナシミュレータ

自前のスペアナを使って新スプリアス規制対策の測定を行う。

自前のスペクトラムアナライザ(スペアナ)を使って、無線機のスプリアス強度の測定し、新スプリアス規制に対応する方法についてJARDに質問をし、回答が来ました。

これは、先週、新スプリアス規制対応のセミナを開催しましたので、その中で紹介するために行ったものでした。しかし、回答がセミナには間に合いませんでしたので、ここで紹介させて頂きます。

自前のスペアナでスプリアスを測定し、JARDの認定を受けるためには、全てのバンドと変調を行った際に、最悪でも新スプリアス規制値を超えていないことを証明する必要があります。

その際、測定は総務省の関係規定告示などに沿って行う必要があり、スプリアス領域は変調波で測定する必要があります。

これは、総務省に直接申請する方法とほとんど変わらないので、わざわざJARDに申請する必要があるか疑問が生じます。

しかし、様々な相談や疑問に答えてくれる可能性はJARDの方が高いと思いますので、この部分について、JARDの価値があると思います。

JARDでは、測定器の開放や、コンサルタントも行っているので、自作機や古い無線機を新スプリアス規制に通すため、自前のスペアナである程度確認し、フィルタなどを開発したのちに、JARDに無線機を持ち込み、コンサルタントを受けながら、測定を行っていくのがいいのではないでしょうか。

今後も引き続き、調査を進めて行きますので、何か新たな情報が入り次第、紹介して行きたいとと思います。

スマホで移動運用のための電波伝搬シミュレーション

Androidスマホで移動運用のための電波伝搬シミュレーションしてみました。

シミュレーションの条件は

  • 移動地は滝知山(静岡県・熱海市)
  • 滝知山のアンテナ高さは2m
  • 受信地点は小田原市北(アンテナ地上高は10m)
  • 144MHz FM

以上の条件でシミュレーションしてみました。間に山が入り、見通し内ではないので回折損失24.2dBが入っています。

もともと、通信回線の検討や放送局のサービスエリア解析に使うソフトですが、使い方の簡単なので、移動運用先検討にも使えそうです。また、特小無線や簡易デジタル無線の検討にも使えそうです。

ちなみに、このスマホは秋葉原で昨年末に買ったジャンク・スマホです。

アマチュア無線のリモートコントロールシステムを考えています

アマチュア無線のリモートコントロールシステムの構築をすることになり、その調査をしています。

遠隔操作の実現のためには、遠隔操作可能の無線機の入手、遠隔操作のためのコンピュータとインターネット環境の構築、総務省・総合通信局への申請をすることになります。

この中で、遠隔操作による送信を行うためには所轄の総合通信局にその旨を申請し、遠隔操作に関する電波関係審査基準に適合しているかどうかの審査を受ける必要があります。

この申請は、そんなに大がかりではありませんが、一から作成すると面倒なので参考になるものがあると便利です。以前買った別冊CQ ham radio 201403  QEX Japan 10に詳しく書かれていましたので参考になると思います。

qex201403

 

D-STARレピータのセミナーに参加しました

無線クラブ主催のD-STARレピータのセミナーと忘年会に参加しました。

D-STARはデジタル方式の無線で、そのレピータは無線というよりは巨大なコンピュータネットワークです。このため、ハンディトランシーバーでも世界中と交信できたりします。

今回のセミナーの講師は、コンピュータネットワークのプロの方で、Wi-fiを含んだネットワークで起こる、「ネットワーク切断と再接続の仕組み」をわかりやすく説明してもらい、参考になりました。

講師は近所の方なので、別途コンピュータネットワークについて教えてもらえることになりました。

忘年会では、無線機メーカーの方から無線機開発の話を聞くことができ、楽しい時間を過ごすことができました。

非常通信協力会の会議があり無線設備のスプリアス規制値への対応方法を説明しました。

今日は、非常通信協力会の会議を横浜市民防災センターで行いました。

この中で各区の無線設備のスプリアス規制値への対応方法を説明しました。スプリアス規制値の事前調査や対応可能な設備の調査、保証認定対象機種の調査など、資料作りに時間がかかり、大変でした。

スプリアス規制値の話しは複雑なので、今回だけでは時間が足りず、次回、詳細な説明をすることになりました。

非常通信協力会の会議を横浜市民防災センターで行いました

アマチュア無線機のリモートコントロールシステムを考えてみた。

依頼を受けてアマチュア無線をリモートコントロールすることを考えてみました。今回のシステムは大型のビルの屋上にアンテナを設置し、最上階に無線機を置くものです。これにより短い同軸ケーブルでアンテナに接続でき、UHF帯(430MHz)でもロスを減らすことができます。

ただ、実際に運用する部屋は1Fまたは2Fと低い階になるので、その間をLANなどで接続しリモートコントロールすることになります。リモートコントロールシステムとしては各社から様々なものが売られているので、それらの中から選択することになります。

ここで問題となるのはリモートコントロールのために無線機とパソコン(ラズパイ)などと接続している線(LAN, USB, RS232等)です。無線機から見るとこの線は恰好のアンテナになってしまい、ここから出た不要輻射によってパソコンが誤動作したり、他の重要な機器に悪影響を及ぼしたりします。

この対策としては、まずアンテナからの反射を減らすことです。アンテナとのマッチングを可能な限り良くし、SWRを1に近づけます。これにより不要輻射が減り、電波は効率よくアンテナに送られます。

次に重要になるのが、リモートコントロール用の線や電源ラインからのコモンモードノイズの低減です。これにより、無線機につながれた電線からの不要輻射が減ります。いろいろな方法があると思いますが、やはりコストから考えるとフェライトを使ったコモンモードフィルタだと思います。この時、フェライト材には様々な特性のものが売られていますので、最適なものを選択することが重要になると思います。

また、無線機に接続した電源の内部抵抗はできるだけ低いものが望ましいと考えます。電源の内部抵抗が大きいと電波が歪み結果的に、不要輻射が増えることがあります。

よくあるリモートコントロールシステムの記事と異なった観点での報告になってしまいましたが、リモートコントロールをお考えの方の参考になればと思います。なお、この記事は性能の保証をするものではありませんので注意してください。

新スプリアス規制について調べています。

数十台のアマチュア無線機について、スプリアス規制への対応をどうするか依頼を受け、検討しています。

これは、電波法の技術基準の改正により、平成19年11月30日以前に製造された無線機が使えなくなることに対応するためのものです。

古い無線機を買い換えるということも可能ですが、新スプリアス規制に対応できれば、総合通信局等に対して「スプリアス発射および不要発射の強度確認届出書」を提出することで、使えるようになります。

JARDで「スプリアス確認保証」を取得するという方法もあります。

詳細は、下に示した本に書いてありますので、買ってみました。

蛇足ですが、この号はライセンスフリー・ラジオの特集もありますね。