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ADS-Bを受信してみた

 久しぶりに無線関係の物をいじってみたくなりました。私の電子工作はメカ物、マイコン応用、アナログ回路、無線のカテゴリーをぐるぐる廻っています。どうせならどれか一つを深く掘り下げればいいようなものですが、飽きっぽい性格が災いして、どうしてもいろんな物に手を出したくなってしまいます。

 で、無線関係で面白いと思っていたおもちゃに手を出しました。それはワンセグ受信用のUSBドングルです。

▼DVB-T+DAB+FM
DVB-T+DAB+FMのドングル
 これはヨーロッパのワンセグレシーバーですが、ソフトウエア受信機なのでファームを変更すればいろんな信号の受信と復調が可能です。

 これを使うといろいろなことが出来ますが、特にADS-Bの受信が面白いと思います。ADS-Bの信号を受信すると飛行機の位置を知ることが出来るようになります。

▼パッケージ
DVT-T+DAB+FMのパッケージ
 アマゾンから買いましたが、この写真には一つ変な所があります。それは、

▼アンテナケーブルが抜けている!
アンテナ線が抜けた
 アンテナケーブルが軽い力でくるくると回ったので変だなと思っていたら、線が抜け落ちました。orz たぶんシールド側のハンダ付けが不良だったのだと思います。

 このアンテナ自体にあまり使い道はありません。それに、ケーブルだけを使うために、線を途中で切って反対側をBNCコネクタにしようと思っていたのでこれくらいの不具合は何てことありません。

▼ケーブルの反対側にBNCのオスをハンダ付け
BNCコネクタを半田付け
 BNCに変換してしまえば、いろんなケーブルやアダプタがあるので何とでもなります。

 この後でドングルを動かすためのソフトをインストールして動作確認しましたが、そのあたりは、多くの方が解説記事を書かれているのでそちらを参照下さい。
 
 SDRSharpを動かして広帯域レシーバーとして動いていることが確認出来たので、いよいよADS-Bの受信アンテナを作ります。

▼ADS-B受信アンテナ
ADS-B受信用グランドプレーンアンテナ
 周波数が1090Mhzと高いのでアンテナ作りは簡単です。IV線を剥いて取り出した銅線を使ってグランドプレーンアンテナを作りました。アンテナ作ったのは何年ぶりだろうか、、

 静電気や近接雷でドングルが壊れるのが嫌なのでラジェーターを折り返して接地型にしています。折り返した線の先を円形に曲げ、そこにラジアルをハンダ付けすればアンテナの完成です。

 ただし、設置場所は写真のように周囲に森があって地平線が見渡せるような場所ではありません。またマンションの中間階なので後ろは当然見通せません。唯一のアドバンテージは、アンテナの設置場所は標高130mくらにの高所にあることです。

▼ADS-Bの覆域
覆域
 見晴らしの良い場所だと200km以上が見えるらしいですが、私の環境では50kmくらいしか受信できません。ただ、南から東方向は200km近くまで受信できました。

▼羽田空港周辺 (クリックで拡大)
羽田発着経路
 嬉しいことに、羽田空港の離発着機からの電波が良く受信出来ています。

 この図は34Lと34Rを使ったパラレルランディングと、34Rと05を使った離陸で運用している状態です。これは北風もしくは無風時の運用パターンだったと思います。運用パターンは風向きや天候によって変わるので、その状況を家に居ながらにして確認できるのは楽しいです。

 ということでADS-Bの受信はうまくいっているようなので、もう少しアンテナをいじってみたいと思います。コーリニアアンテナあたりを使うのが定石みたいです。

 それで、ある程度安定した受信が出来るようになったら、Flightrader24のフィーダーをやってもいいかなと思います。実は、グリッドタイインバーターの運転状態をXivelyにアップロードするために連続運転しているRaspberry PIがあります。これを使えば追加投資ゼロで実現できるはずです。
 まあ関東地方にフィーダーさんはいっぱいいるのでほとんど貢献出来ないような気もします。でも、まずはやってみようかなと思います。

電子負荷のFETをパワーアップ

 以前パワーFETを使った電子負荷を作りましたが、あり合わせの部品で作ったので、パワーFETの容量が小さめなのが気になっていました。

 そこで、秋月に行った時に買っておいた大容量のパワーFETに交換しました。

▼電子負荷(FET交換前)
FET交換前
 放熱フィンにネジ留めされているのがパワーFETで、私の記事によく出てくる2SK2232です。普通の電子工作なら、これでほとんどの場合は対応可能です。でも電子負荷のように大容量が必要な場合には、これでは能力不足になります。

▼パワーFET
2SK2232と2SK1122
 左が元々使っていた2SK2232で、これを右の2SK1122に交換することにしました。なお、2SK1122のピン間ピッチは2.54の倍の5.08mmでは無く5.45mmなので注意が必要です。

 2SK2232はTO-220のフルモールドパッケージになっているので、絶縁スペーサー無しで放熱板に取り付け出来て便利です。ただその代償で、チャンネル・ケース間の熱抵抗は3.57℃/Wもあります。最大許容損失は35Wありますが、無限大の放熱板に取り付けたとしても、35Wも消費させるとジャンクション温度は120℃を越えてしまいます。

 一方で、2SK1122はTO-3Pパッケージで、ダイが接合されている金属が剥き出しになっているので放熱に適した構造になっています。具体的な熱抵抗の値はデーターシートから発見できませんでしたが、絶縁シートを挟んでも0.8W℃/W程度だと思います。なお最大許容損失は100Wもあります。

 ちなみに、TO-3Pパッケージを略してTO-3と書いている資料をたまに見掛けます。でもTO-3は大型のメタルキャンパッケージなので全く別物です。昔TO-3のパワートランジスタでアンプを作っていた身にとっては、この間違いは許容範囲を越えています。

▼パワーFET交換後
FET交換後
 これでパワー的にはだいぶ余裕が確保出来たはずです。もちろん放熱フィンのサイズは同じなので、消費電力当たりの温度上昇は同じです。でもジャンクション温度はかなり下がったはずなので、無理な使い方が出来るようになったと思います。

 ということで、ここまでは単にFETを交換しましたという簡単な話でした。でも、ちょうど良い機会なので現在秋月で手に入る大パワーのFETにはどんな物があるか調べてみます。

 ちなみに、この記事で使った2SK1122は秋月の店頭で、見た目に許容電力が大きそうで値段が安かったので衝動買いした物です。でも、もしWebでじっくりと探していたとしたら、どういう結論になるのかが興味があります。

 秋月のwebのメニューを トップ > 半導体 > FET > NchFET(2SK) とたどると、大量にFETがヒットするので探すのが大変です。それに、小さなSMT実装品でも写真のサイズは同じなので大きなパワーの物を探すのは大変です。

 そこでキーワード検索で、「FET TO-3P」 の物を探してみます。
 すると、この記事を書いた時点でヒットしたのは以下の5点でした
  1) 2SK3163,、1個300円
  2) 2SJ554、 1個300円
  3) 2SJ555-E、1個300円
  4) 2SK447、 1個200円
  5) 2SK1122、 2個300円
 2)と3)は2SJなので使えませんが、1)、4)、5)は使えそうなので仕様を見ていきます。

1) 2SK3163: 60V/75Aで4V駆動が可能、オン抵抗は6mΩ、立ち上がり時間300nsで、極めて優秀な性能です。但しネックは値段が少し高いことです。

4) 2SK447: 250V/15Aと高耐圧ですが、ON抵抗が0.24Ωもあります。駆動電圧は10Vが必要なので今回の電子負荷用としては使えません。番号が古いので昔の製品なんでしょう。

5) 2SK1122: 今回使った物です。100V/40A、オン抵抗70mΩ@Vgs=4Vです。耐圧が高目なのでON抵抗が少し高いです、しかし電子負荷のようにアクティブ領域を使う場合、ON抵抗の高さは問題にならないです。それに値段が安い。 

 ということで、店頭で衝動買いした2SK1122は良い選択だったようで良かったです。

 なお、ON抵抗が問題になる場合は1)項の2SK3163を使うと良いと思います。ちなみに、スイッチングで使って100Wもの損失が出るということは、扱っている電力は500Wを楽に越えるはずなので、これは完全にパワエレの領域です。FETに限らずダイオードやインダクタなど全ての部品の選定に特別な注意が必要になる領域です。

 ということで、電子負荷の話に便乗して容量の大きなFET(n-ch)の話を書いてみました。数年後にこの記事を読む時には、もっと性能の良いパワーFETがもっと安く登場していることを期待しています。

 それと、盆休みの間に行われていた秋月の秋葉原店の改装工事が終わったようです。そのうち様子を見に行きたいと思います。
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