# Турникетная антенна на 435 МГц ## Коротко Турникетная антенна — простая {term}`всенаправленная <Антенна>` антенна, которую можно собрать дома из пластиковой трубы, стальных прутков и двух видов коаксиального кабеля. Её не нужно поворачивать за спутником: она слушает всё небо сразу. Эта антенна рассчитана на любительский UHF-диапазон 70 см (около 435 МГц), где работает больше всего кубсатов. Ниже — пошаговая инструкция по сборке, результаты измерений, советы на случай, если что-то не работает, и ошибки, которые автор совершил по дороге. :::{note} Речь идёт только о **приёме**. Для приёма сигналов лицензия не нужна, а для передачи требуется разрешение — точные правила зависят от законов вашей страны. ::: ## Что понадобится Материалы: - **труба для корпуса** — подойдёт обычная сантехническая труба из ПВХ из строительного магазина; - **держатели для штырей** — удобнее всего напечатать на 3D-принтере из ABS; модель автора лежит на [GitHub](https://github.com/alicjamusial/turnstile-antenna-3D); - **штыри** — нержавеющий стальной пруток 4 мм (подойдут и алюминий, медь и т. п.); - **коаксиальный кабель 50 Ом** (например, RG58); - **коаксиальный кабель 75 Ом** (например, RG59); - **разъём SMA (папа)**; - **{term}`SDR-приёмник `** с входом 50 Ом, например RTL-SDR V3; - крепёж, чтобы закрепить антенну на балконе или окне. Инструменты: - паяльник; - припой, флюс и прочие принадлежности для пайки; - ножовка — резать прутки и трубу; - инструмент для зачистки коаксиального кабеля или канцелярский нож; - клей (желательно); - мультиметр (желательно). :::{figure} img/turnstile/scheme.jpg :alt: Схема турникетной антенны на 435 МГц (70 см) Рис. 1 — Схема турникетной антенны на 435 МГц ::: Приём можно улучшить, если добавить {term}`МШУ` (малошумящий усилитель, который поднимает уровень очень слабого сигнала) и фильтр, отсекающий ненужные радиопомехи. Это стоит сделать: станция автора работает без них, и сигнал у неё не лучший. Везде ниже **длина волны** — это 68,8 см, что соответствует частоте 435,500 МГц. Её можно пересчитать под свою частоту, но тогда учитывайте новое значение во всех расчётах. ## Сборка 1. **Подготовьте материалы и инструменты.** Напечатайте держатели на 3D-принтере или сделайте их из того, что есть под рукой. Учтите: два верхних штыря разрезаются пополам, и между половинками нужен зазор, чтобы внутри трубы и держателя можно было припаять кабель. Нижние штыри остаются целыми, но не должны касаться друг друга. :::{figure} img/turnstile/materials.jpg :alt: Материалы для турникетной антенны Рис. 2 — Материалы для турникетной антенны ::: :::{figure} img/turnstile/rods.jpg :alt: Штыри антенны Рис. 3 — Штыри антенны ::: 2. **Нарежьте штыри по схеме** (рис. 1). - **Верхний (активный) штырь** — половина длины волны, умноженная на коэффициент укорочения для нержавеющей стали. Для стали он равен 95 %, это даёт 32,7 см на весь верхний штырь, то есть около **16,35 см** на половинку. Нужно **4 куска** такой длины. Если штыри из другого материала (например, меди), возьмите коэффициент для него. - **Нижний (пассивный) штырь** — ровно половина длины волны, **34,4 см**. Нужно **2 куска** (рис. 3). Слегка закруглите концы штырей: будет обидно уколоться о собственную антенну, ещё не успев её достроить. 3. **Отрежьте трубу нужной длины.** У автора это ⅜ длины волны — **25,8 см**. :::{figure} img/turnstile/cutting_pipe.jpg :alt: Резка трубы Рис. 4 — Резать трубу было весело! ::: :::{figure} img/turnstile/coaxial_cable.png :alt: Коаксиальный кабель в разрезе Рис. 5 — Коаксиальный кабель в разрезе ::: 4. **Подготовьте кабель 75 Ом.** Здесь начинается самое интересное. Нужны два одинаковых куска RG59 (К-1000 или любого другого кабеля 75 Ом). Посмотрите в характеристиках кабеля его коэффициент укорочения. Длина каждого куска — четверть длины волны, умноженная на этот коэффициент: для RG59 это **11,35 см**. Зачистите оба конца обоих кусков так, чтобы немного торчали центральная жила и оплётка — к ним будем паять (рис. 5). 5. **Спаяйте куски 75 Ом между собой.** Положите куски рядом (можно скрепить изолентой) и спаяйте центральные жилы друг с другом с обеих сторон, а оплётки — друг с другом с обеих сторон. Главное: **жила не должна касаться оплётки**. Для верности проверьте мультиметром. 6. **Подготовьте кабель 50 Ом.** Нужен RG58 или другой кабель 50 Ом: один кусок длиной в четверть длины волны, умноженную на коэффициент укорочения кабеля, и второй — вдвое длиннее. Для RG58 это **11,35 см** и **22,7 см**. Зачистите концы так же, как у кабеля 75 Ом, и спаяйте жилы и оплётки, но **только с одной стороны**. 7. **Соедините RG58 с RG59.** Припаяйте уже спаянные жилы и оплётки RG58 к RG59. Следите за контактом и проверьте мультиметром, что между жилой и оплёткой нет короткого замыкания. :::{figure} img/turnstile/soldering.jpg :alt: Пайка коаксиального кабеля Рис. 6 — Пайка коаксиального кабеля ::: :::{figure} img/turnstile/multimeter.jpg :alt: Проверка мультиметром Рис. 7 — Мультиметр — ваш друг! ::: 8. **Подключите кабели к штырям.** Вставьте штыри в держатели. Свободные (ещё не тронутые) концы RG58 подключите к штырям по схеме: жила и оплётка одного кабеля идут на **противоположные** штыри, так же — у второго кабеля. Соединяйте аккуратно. Концы можно припаять или прикрутить к штырям через короткий кусок провода-перемычки (не слишком длинный — он меняет характеристики антенны). Способ не важен, важен надёжный контакт. Снова проверьте мультиметром, что нигде нет замыкания. Должна быть цепь между двумя соседними штырями и жилой на конце кабелей и другая цепь — между двумя другими соседними штырями и оплёткой. :::{figure} img/turnstile/rods_soldered.jpg :alt: Кабель, подключённый к штырям Рис. 8 — Аккуратно подключите кабель к штырям ::: :::{figure} img/turnstile/assembly.jpg :alt: Финальная сборка — кабели и штыри Рис. 9 — Финальная сборка: кабели и штыри ::: 9. **Припаяйте основной кабель.** Основной коаксиальный кабель 50 Ом нужной длины припаяйте к уже спаянному концу RG59 (как на схеме). Этот кабель пойдёт к компьютеру или Raspberry Pi, так что, скорее всего, он должен быть довольно длинным. На другой конец припаяйте и затяните разъём SMA, чтобы подключить антенну к SDR. 10. **Соберите антенну.** Закрепите держатель со штырями и кабелем на трубе. Второй держатель, с пассивными штырями, установите снизу. Защитите антенну от погоды — например, проклейте соединения. Если детали напечатаны из ABS, подберите подходящий для него клей: с обычными бывают проблемы. :::{figure} img/turnstile/antenna_ready.jpg :alt: Готовая антенна Рис. 10 — Антенна готова, ура! ::: :::{figure} img/turnstile/antenna_outside.jpg :alt: Антенна снаружи здания Рис. 11 — …но снаружи здания она точно будет работать лучше ::: ## Можно слушать спутники? Да! Выйдите на улицу, поставьте антенну повыше (и, по возможности, подальше от центра города), подключите её к SDR, вставьте SDR в USB-порт компьютера, запустите [SDR#](https://airspy.com/download/) или другую программу — и слушайте. :::{figure} img/turnstile/high_five.png :alt: Слушать спутники — лучше всего Рис. 12 — Слушать спутники — лучше всего! ::: ### Что можно услышать Антенна рассчитана на любительские спутники диапазона 70 см. Как видно из [спектра на портале СОНИКС](https://sonik.space/spectrum/), больше всего спутников передаёт на 435–437 МГц, так что для них она подходит отлично. Попробуйте поймать: - KRAKsat — он постоянно перезагружается на солнечной стороне, поэтому его легко поймать; - KKS-1 — с хорошо заметным CW-маяком; - SpooQy-1 — с характерным сигналом. Пролёты над вашим местом можно рассчитать на [tracksat.space](https://tracksat.space) или в программах GPredict и Orbitron. Из любопытства можно послушать и другие частоты: FM-радио, самолёты и многое другое. В эфире происходит очень много интересного. Для чего антенна **не подходит**: снимки спутников NOAA и SSTV-передачи с МКС, скорее всего, поймать не получится — они идут в диапазоне 2 м (около 144 МГц), а антенна под него не рассчитана. Хотя автору однажды удалось кое-что услышать — скорее по случайности. ### Измерения Антенну измерили векторным анализатором NanoVNA (помогал Piotr, SQ4NOW). КСВ на 435,500 МГц — около **1,8**, а чуть ниже 400 МГц — почти **1**. Значит, антенна хорошо подходит для 435 МГц, но лучше всего работает около **380–390 МГц**. Поймать спутники около 400 МГц автору не удалось: в его районе на этих частотах слишком много шума. Может быть, у вас получится. :::{figure} img/turnstile/nanovna_435.jpg :alt: КСВ около 1,8 на 435,500 МГц (NanoVNA) Рис. 13 — 435,500 МГц: КСВ около 1,8 (NanoVNA) — неплохо! ::: :::{figure} img/turnstile/nanovna_383.jpg :alt: КСВ около 1 на 383 МГц (NanoVNA) Рис. 14 — 383 МГц: КСВ около 1 (NanoVNA) — сюрприз! ::: ## Антенна не работает. Почему? Причин может быть много. Для автора важнее всего оказалось усиление приёмника: он перепробовал пять-шесть значений, прежде чем нашёл лучшее. Можно выставить максимум (49,6 дБ), посмотреть, стал ли сигнал лучше, а потом постепенно снижать. :::{note} Некоторые спутники вообще не передают, а у других маяк звучит редко. Не сдавайтесь после нескольких пустых наблюдений: посмотрите, какие спутники часто ловят другие станции, и начните с них. ::: Если подозреваете саму антенну: - **проверьте мультиметром все соединения** — возможно, где-то замыкание; - **смените место** — возможно, шума вокруг столько, что он буквально забивает SDR. Полоса SDR очень широкая, и сигналы на всех частотах мешают наблюдениям. Если дело в этом, поставьте узкий фильтр (например, 400–460 МГц) и МШУ как можно ближе к антенне; - **проверьте антенну на наземных частотах** — послушайте FM-радио, поймайте ближайшие передатчики. Если не слышно никакого радио, в установке что-то серьёзно не так; - **измерьте антенну** — найдите кого-нибудь с NanoVNA или другим измерителем КСВ и узнайте её реальные характеристики. По опыту автора, в антеннах важнее всего две вещи: **аккуратная пайка** и **место установки**. Первое достижимо, если потратить время. Второе исправить сложнее: в центре города, среди домов и помех, хороших результатов добиться трудно. Но всё зависит от условий, и проще всего — попробовать. ## Зачем вообще строить антенну? Помимо очевидного ответа (потому что можно и это весело), есть ещё одна причина: вы узнаете, как много всего происходит в радиоэфире. Радио и телевидение, переговоры радиолюбителей, полиция, самолёты и другие службы, радары, навигация, пульты от гаражных ворот… и это ещё не считая спутников. Вторая причина: слушать данные настоящих спутников с помощью буквально металлической палки, подключённой к компьютеру, — потрясающе. Большинство студенческих, образовательных и других любительских спутников передают {term}`маяк <Маяк>` с постоянным интервалом (каждые 30 секунд, 3 минуты, 10 минут — зависит от аппарата). Если над вами пролетает спутник с маяком, поймать его вполне реально. А расшифровать пойманный сигнал ещё интереснее: если он достаточно сильный, его можно демодулировать программой под модуляцию аппарата и увидеть переданные данные. Хорошая новость: спутники на любительских частотах (например, около 435 МГц) не должны шифровать телеметрию. Как её расшифровать, часто написано на сайтах самих проектов. :::{note} Если вы живёте недалеко от наземной станции управления спутником, иногда можно услышать больше, чем маяк: операторы скачивают со спутника телеметрию, снимки и другие данные. Саму наземную станцию вы, скорее всего, не услышите (если только не живёте в нескольких километрах от неё), но если на водопаде видна необычно плотная передача — скорее всего, это ответы спутника на команды с Земли. ::: Итого: это весело и научно. Так что просто постройте антенну! ## Что такое антенна? Если хочется хорошего объяснения, посмотрите [это короткое видео](https://www.youtube.com/watch?v=FWCN_uI5ygY). А если коротко, антенна — это «волшебная штука», которая превращает электрический ток в электромагнитные волны (при передаче) или волны в ток (при приёме). Антенны делятся на два вида: - **всенаправленные** — принимают и передают примерно одинаково во всех направлениях. Турникетная антенна из этой статьи — как раз такая; к ним же относятся «взбивалка» (eggbeater), антенна из случайного провода и зонтичная; - **направленные** — принимают и передают в основном в одном направлении. Самые популярные — яги (Yagi-Uda), квадрат и рамочная. :::{figure} img/turnstile/antenna_types.png :alt: Направленная и всенаправленная антенна Рис. 15 — Направленная и всенаправленная антенна ::: Направленные антенны часто эффективнее, но у них есть большой недостаток — они направленные. Обычно для них нужно {term}`поворотное устройство <Поворотное устройство>`, чтобы следить за спутником: только тогда сигнал будет достаточно хорошим. Со всенаправленной всё проще: ставите её повыше, подальше от высоких зданий и других препятствий — и готово. До турникетной автор построил две направленные антенны яги. Первая была на очень толстом деревянном бруске и была скорее… орудием, которым можно выколоть глаз. Она была такой тяжёлой, что одному человеку было трудно поворачивать её за спутником, но в чистом поле работала вполне сносно. В городе с ней не было слышно ничего. Вторую собрали во время [аналоговой миссии в LunAres](https://alicja.space/blog/building-satnogs-ground-station-on-the-moon), и она работала неплохо (учитывая, что стояла вертикально внутри палатки). Турникетная — третья антенна автора и лучшая по качеству приёма. ## Как не надо строить антенну Несколько ошибок, совершённых по ходу дела, — на них стоит поучиться. **Неудачный держатель.** Если сравнить рис. 2 и рис. 16, видно, что не так: нижний держатель был спроектирован так, будто штыри разрезаны пополам (или волшебным образом проходят друг сквозь друга). Располагайте отверстия на расстоянии больше диаметра штыря, чтобы штыри не касались друг друга. Модель автора на [GitHub](https://github.com/alicjamusial/turnstile-antenna-3D) уже исправлена. :::{figure} img/turnstile/bad_elements.jpg :alt: Неудачные детали держателя Рис. 16 — Не самые удачные детали… ::: **Кабель без медной оплётки.** Первую ошибку заметили сразу, вторую — нет. Автор заказал какие-то RG58 и RG59 и не попробовал заранее их паять. Оплётка кабеля должна быть **медной**, иначе её не получится нормально припаять. А качество пайки — один из главных факторов успеха антенны. Проверяйте кабели до финальной сборки (автор наступил на эти грабли дважды). :::{figure} img/turnstile/bad_cables.jpg :alt: Неудачная попытка припаять кабель без медной оплётки Рис. 17 — Выбирайте кабель с медной оплёткой! Здесь — неудачная попытка припаять кабель, который нормально не паяется. Не повторяйте. ::: **Хрупкая microSD.** Официальный корпус Raspberry Pi не рассчитан на то, чтобы вставлять плату в корпус с уже вставленной картой… :::{figure} img/turnstile/microsd.jpg :alt: Сломанная карта microSD Рис. 18 — Не думала, что они такие хрупкие! ::: И всё же строить свою антенну — очень весело, так что не бойтесь начать свой проект! :::{figure} img/turnstile/thanks.png :alt: Спасибо! Рис. 19 — Спасибо за внимание! 73! ::: ## Хочу подробнее - [](station.md) — из чего состоит станция и какие бывают антенны. - [](join.md) — как подключить станцию к сети СОНИКС. - [satblog.info](https://www.satblog.info/) — блог DK3WN: спутники, приём, декодеры. - [SDR#](https://airspy.com/download/) — программа для SDR. - [QtMM AFSK1200](https://sourceforge.net/projects/qtmm/) — декодер, которым можно расшифровать телеметрию некоторых спутников (например, KRAKsat). - [Видео о том, как работают антенны и электромагнитные волны](https://www.youtube.com/watch?v=FWCN_uI5ygY). --- Источник: Alicja Musiał, [«How to build a turnstile antenna for 435Mhz (and connect it to SatNOGS network) — tutorial for beginners»](https://alicja.space/blog/how-to-build-turnstile-antenna), 19 апреля 2021. Перевод и пересказ; иллюстрации — из оригинальной статьи.