DVB-T+DAB+FMチューナで1090MHzの微弱信号を発生させてみました(FSK Ver.)

　DVB-T+DAB+FMチューナ(R820T+RTL2832U)を利用（流用）した1090MHzの微弱信号発生ネタの続きです。
　隣接していれば二つのチューナのアンテナ端子間を同軸ケーブルで直接直結しなくても、1090MHzの漏洩信号を受信できたので、どの程度離れて受信できるのか試してみました。
　なお、受信しているのは局発信号（受信周波数＋中間周波数）そのものではなくて、局発信号の４倍の周波数で発振しているVCOからの漏洩信号です。
　VCOからの漏洩信号は局発信号の漏洩信号よりは強いですが、強いといっても高が知れています。
　漏洩信号のレベル高くするための何らかの手段を講じたいところですが、下手にチューナの回路に手を加えると、「免許を要しない無線局」の範囲を逸脱する可能性があります。

　　微弱無線局の規定
　　http://www.tele.soumu.go.jp/j/ref/material/rule/

【微弱無線局の３ｍの距離における電界強度の許容値】

　　電波法施行規則
　　第六条(免許を要しない無線局)
　　第1項
　　http://www.tele.soumu.go.jp/horei/reiki_honbun/72002000001.html#j6_k1

　「無線局の無線設備から三メートルの距離において」、周波数帯が「三二二MHzを超え一〇GHz以下」では、 電界強度が「毎メートル三五マイクロボルト」以下となっています。
　322.0MHzでは500μV/mですが、322.1MHzでは35μV/mと急に厳しくなります。
　1090MHzの場合には、35μV/mとなります。
  35μV/mと言われても、どの程度のものかなのかよくわかりません。
  70～80MHzのワイヤレスマイクやＦＭトランスミッタを使用した経験から判断すると、到達距離は数ｍという印象があります。
　FM放送帯域では上限が500μV/mですが1090MHzでは35μV/mなので、約1/14の強さになります。
　電界強度は距離の二乗に反比例するようなので、35μV/mの場合は到達距離は非常に短くなりそうです。
　実測すれば話は簡単ですが、電界強度は素人無銭家では実質的に測定不可能です。
  TELECで微弱無線設備の一般試験を行えば試験成績書を発行してもらえるようですが・・・
　
　　TELEC
　　微弱無線設備
　　http://www.telec.or.jp/services/examination/weak_radio_equipment.html

　電界強度の測定は一寸難しいようなので、空中線電力ではどの程度になるのか調べてみました。
　関係がありそうな情報がありました。

　　微弱トランスミッタの可能性を探る - エレキジャック
　　http://www.eleki-jack.com/archives/images/Elc02_030~031_toku1~AP.pdf

　この資料には以下のような記載があります。周波数は1200MHz帯です。
「送信側に使うアンテナを標準的な無指向性を使用する前提で計算を行いました．結果は，送信機出力は0.00000000035W=350pW=－64.56dBmとなりました．」

　　NICT
　　広域電波強度分布測定技術の研究開発　　http://www2.nict.go.jp/aeri/sts/stmg/ivstdc/siryou/2007/Vcon2007/VLBI_Symposium2007_Koyama_2.pdf

　この資料には以下のような記載があります。周波数は8GHz帯のようです。（322MHz＜8GHz≦10GHz）
　「3mの距離で、電界強度が35μV/m以下（300MHz~＝半波長ダイポールアンテナ（利得2.15dBi）で送信する場合の送信電力に換算して-66.4dBm (0.23nW) 以下」

　両方の資料で数値は若干異なりますが、いずれにしてもピコワット、ナノワットのオーダーの気が遠くなるような小さな値です。

　話はRTLチューナに戻りますが、R820TのデータシートのTable 1-2 : Electrical AC Parametersには、Multiple Crystal Frequency Spurious (Refer to RF-In)　-120dBmと書いてあります。

　　R820T Datasheet
　　http://superkuh.com/gnuradio/R820T_datasheet-Non_R-20111130_unlocked.pdf

　このSpuriousの中にVCOの出力成分が含まれているかどうかよくわかりませんが、かなり小さな値です。

　また、R820Tのデータシートで引用されているARIB STD-B21「標準規格名 デジタル放送用受信装置(望ましい仕様) 」（第１４章 受信装置各部の性能　14.3 衛星DIRD）では、「局部発振漏洩電力 入力端において－55dBm 以下」となっています。(DIRD: Digital Integrated Receiver Decoder)

　　ARIB STD-B21
　　http://www.arib.or.jp/tyosakenkyu/kikaku_hoso/hoso_std-b021.html
　 http://www.arib.or.jp/english/html/overview/doc/2-STD-B21v5_0.pdf

　スーパーヘテロダイン受信機の局発信号が電波法違反になったという話は聞いたことがないので、通常の使用状態（無改造チューナに付属アンテナを接続して動作させる）であれば問題はないであろうということで、試してみました。
  なお、テレビの局発信号を外部から傍受して受信チャンネルを判別する装置もあるようなので、近ければ検出可能かもしれません。

　実験条件は以下の通りです。

　漏洩局発信号送信用受信機
　 アンテナ：付属ホイップ
　 チューナ:DVB-T+DAB+FM(R820T+RTL2832U)-無改造
　　Androidタブレット:Nexus 7
　 SDRアプリ:SDR Touch(v2.3)
　　選局モード：オートスキャン(268.930MHz/268.932MHz)擬似FSK

　漏洩局発信号受信用受信機
　 チューナ:DVB-T+DAB+FM(R820T+RTL2832U)
　　Androidタブレット:Hyundai T7
  　SDRアプリ:RF Analyzer(v1.12)
  　復調モード:USB(Upper Side Band)

　実験結果は以下の通りです。

【RTLチューナによる1090MHz FSK微弱信号送信実験 】

　１～２ｍの範囲であればどうにか受信できました。
　電界強度が35μV/m＠３ｍ以下かどうかは確認できませんが、多分大丈夫でしょう。

　実際にアンテナの調整に役に立つかどうかは不明ですが、そのうちにヘンテナを作る予定なので、そのときに試してみたいと思います。

DVB-T+DAB+FMチューナで1090MHzの微弱信号を発生させてみました(VCO Ver.)

　DVB-T+DAB+FMチューナ(R820T+RTL2832U)のアンテナ端子から1090MHzの局発信号が漏洩していることは確認できましたが、このままではアンテナのテストに利用できそうにもありません。

  R820Tのデータシートで、局発信号の漏洩経路を想像してみました。

　　Rafael Micro
　　R820T
　　High Performance Low Power Advanced Digital TV Silicon Tuner Datasheet
　　http://superkuh.com/gnuradio/R820T_datasheet-Non_R-20111130_unlocked.pdf

  Figure D:Simplified R820T Block Diagramを見ると、周波数変換回路関係の回路ブロックは以下のようになっています。

　　 RF_IN→LNA→RF_Filter→Mix→IF_Filter→(fIF=3.57MHz)
    (fRF)                              ↑
　　　　　　　　　　　           　   Div(fLO=fVCO/N)
                                         ↑
                                        VCO (fVCO)          

　漏洩経路としては、VCO→Div→Mix→RF_Filter→LNA→RF_IN　という経路が考えられますが、LNAは逆向きのバッファ（アイソレータ？）として動作するように思われるので、この経路での漏洩は少ないのかもしれません。
　一般的には配線（パターン）間の容量結合が問題になることが多いので、こちらの方が原因かもしれません。
　データシートの　4.2 Application Notes　にもRF tracesやcrystal tracesについての注意書きが色々書いてあります。

  上記のデータシートでは、VCOの発振周波数やPLLの分周比が判りませんが、関係がありそうな以下の記事がありました。

　　Mobile Osmocom SDR
　　Using the R820T above 1.77 GHz?
　　http://t142.mobile-osmocom-sdr.mobiletalk.us/using-the-r820t-above-1-77-ghz-t142.html

　上記URLから抜粋引用
--------------------------------------------
　　From the source code, it looks as if the VCO runs in the range 1.77 to 3.54 GHz. The actual mixer frequency sent to the IF stage is the VCO frequency divided by a number between 2 and 63 -- so the possible center frequency tuning range ends up being in the range of ~24 MHz to 1.77 GHz.
--------------------------------------------

  これによれば、VCOの周波数は1.77～3.54GHz、分周比は２～63、受信周波数は24MHz～1.77GHzのようです。

　VCOの出力を分周する分周器(Div)の出力（ミキサへの入力）が目的周波数の局発信号ですが、チップの外に直接取り出すことができません。
  もともと局発信号は極力外部に漏洩しないように設計されている筈なので、局発信号を利用することにかなり無理がありますが、下記の記事によれば、無線で1270MHzの信号を飛ばしているようなので、工夫すればどうにかなるのかもしれません。
　
　　OH2FTG Labs
　　RTL-SDR Transmitter experiments
　　https://sites.google.com/site/oh2ftg/home/rtl-sdr-transmitter-experiments

　この記事には以下のような記載があります。

　上記URLから抜粋引用
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Interestingly the 4th "harmonic" of the frequency at the mixer leaks the best, this is likely result of the LO actually being on a higher freq inside the tuner and then divided to get the I and Q LO's
So the strongest output is at <transmit frequency>/4 - 3.57 MHz.
Also quite interestingly there is strong LO leakage at the VCC input of the tuner.
--------------------------------------------

　実験の動画ではかなりのレベルで受信できているようです。

　RTL-SDR Transmitting on 1270MHz .

  基板のどのポイントから信号を取り出しているのかはよく判りませんが、OH2FTG氏のサイトに書かれていた以下の点を参考にして、色々試してみました。
　(a)最も強い出力の周波数は、送信周波数/4-3.57MHzである。
  (b)チューナのVCO入力に強い漏洩局発信号が存在する。

  RTL-SDRチューナでは、VCOの出力を1/4に分周して局発信号（ミキサへの入力信号）を生成しているようなので、VCOの出力の出力が最も強いようです。

　RF周波数をfRF、IF周波数をfIF、VCO周波数をfVCO、局発(分周後)周波数をfLO、分周比をN、ヘテロダインは上側とすると、以下のようになります。
　　fLO-fRF=fIF
    fLO=fVCO/N
  従って、
    fVCO/N-fRF=fIF
　 fRF=fVCO/N-fIF
となります。

　局発(分周後)信号を利用して1090MHzの信号を発生させる場合には、
　　fLO-fRF=fIF
　　fRF=fLO-fIF=1090MHz-3.57MHz=1086.43MHz
となるので、送信用受信機の受信周波数は1086.43MHzとなります。
　先日の実験で、送信用受信機の受信周波数を1086.43MHzにすれば、送信用受信機で1090MHz付近の信号が受信できることは確認しました。

　これに対してVCO(分周前)信号を利用して1090MHzの信号を発生させる場合には、
　 fRF=fVCO/N-fIF =1090MHz/4-3.57MHz=268.93MHz
となります。
　OH2FTG氏の説明によれば、この信号の方が強いはずなので、実際に受信してみました。
　実験条件は前回と同じです。
  なお、正確な周波数較正はしていませんので、数値は目安です。

【送信用受信機(Nexus 7)の受信周波数：1086.43MHz】


【受信用受信機(Hyundai T7)の受信周波数：1090.03MHz】



【送信用受信機の受信周波数：268.93MHz】


【受信用受信機(Hyundai T7)の受信周波数：1090.07MHz】


  VCO出力を分周した後の出力（低調波？）を利用した場合の信号の値が-14dBであるのに対して、VCOの原発振出力を利用した場合の信号の値が-10dBとなっています。
　数値の正確な意味はよくわかりませんが、VCOの原発周波数（局発周波数から見れば４次高調波？）の信号の方がかなり強いようです。
　
　実験では両方のチューナのアンテナ端子間を直結しましたが、両方に簡易アンテナを接続した状態でもどうにか受信できているので、希望的観測ですが、局発信号の取り出し方を工夫すればどうにかなるかもしれません。
　

DVB-T+DAB+FMチューナで1090MHzの微弱信号を発生させてみました

  昨日のネタの続きです。
　以下のHPの情報によれば、R820Tを採用したRTLチューナを1GHz帯の微弱出力発振回路として流用できそうです。

　　OH2FTG Labs
　　RTL-SDR Transmitter experiments
　　https://sites.google.com/site/oh2ftg/home/rtl-sdr-transmitter-experiments

　　"For those who cannot wait for the code to drop, the dongle leaks without anything done, it is just not modulated. The leaking LO should be visible +-3.57MHz form the receiving frequency indicated in the software used. This applies to the Rafael Micro R820 tuner, other tuners ware not tested. "

　上の記事によれば、 [受信周波数+3.57MHz]または [受信周波数-3.57MHz]で漏洩局発(LO:local oscilltor)信号が見えるということなので、早速試してみました。

　目標の出力周波数は1090MHzなので、受信周波数を1093.57MHz(下側ヘテロダインの場合)または1086.43MHz(上側へテロダインの場合)に設定すればよいはずです。
　やってみました。
　実験条件は以下の通り。

漏洩局発信号送信用受信機
  チューナ:DVB-T+DAB+FM(R820T+RTL2832U)
　Androidタブレット:Nexus 7
  SDRアプリ:SDR Touch(v2.3)

漏洩局発信号受信用受信機
  チューナ:DVB-T+DAB+FM(R820T+RTL2832U)
　Androidタブレット:Hyundai T7
  SDRアプリ:RF Analyzer(v1.12)
  復調モード:USB(Upper Side Band)

　なお、両方のチューナのアンテナ端子間は同軸ケーブルで直結しています。

　実験結果は以下の通りです。

【受信用受信機（左）と送信用受信機（右）】

【送信用受信機の受信周波数：1086.43MHz】


【受信用受信機の受信周波数：1090MHz付近】



　送信用受信機の受信周波数を1086.43MHzにすると、受信用受信機では1090MHz付近で信号が受信できました。
　送信用受信機の受信周波数が1093.57MHz付近では受信できなかったので、上側へテロダインのようです。
　送信用受信機のSDRアプリをオンオフすると送信用受信機の受信信号もオンオフするので、スプリアスではないと思われます。

　アンテナ端子直結の場合は、信号のピークが確認できる程度の強さで受信できますが、両方に簡易アンテナを接続した状態では、殆ど認識できない程度に弱くなります。
　もともと局発信号が漏洩しないようにチューナは設計されているはずなので、これは当然のことかもしれません。
　
　とりあえずアンテナ端子から1090MHz付近の微弱信号が取り出せることが確認できたので、チューナの受信感度の比較実験程度には使えるかもしれません。

　アンテナの特性を比較できるようにするためには」、もう一工夫必要なようです。

SDRアプリ"ADSB Receiver"の実験用に中古のNexus 7を買いました

  現在、Androidタブレット(Hyundai T7)でADS-Bを受信するためのアプリとして"ADS-B on USB SDR RTL "を使っていますが、あまり調子がよくありません。
　最初にHyundai T7のGoogle Playで"ADSB"を検索したときに"ADSB on USB SDR RTL (Beta)"がヒットしたのでこれを入れました。
　表示機数が少ない、更新が遅い、機体の向きがおかしい等の不都合がありましたが、Beta版なのでそんなものかと思っていました。

　　ADSB on USB SDR RTL (Beta)
　　Kamsack Group
　　価格： ￥ 149
　　発売日： 2013/11/12
　　http://www.amazon.co.jp/ADSB-USB-SDR-RTL-Beta/dp/B00GLA207Y

　その後、完成版と思われる"ADS-B on USB SDR RTL "を入れてみましたが、依然調子がよくありません。

　　ADS-B on USB SDR RTL
　　RF Connect - 2014年10月5日
　　https://play.google.com/store/apps/details?id=com.wilsonae.android.usbserial&hl=ja

　レビューの評価は3.5なのでそんなに悪くありません。
　端末(Hyundai T7)との相性があるのでしょうか？

　別のアプリは無いかと思ってPCのGoogleで探してみると、"ADSB Receiver"というのがあるようです。

　　ADSB Receiver
　　HIZ LLC - 2015年1月18日
　　https://play.google.com/store/apps/details?id=bs.Avare.ADSB&hl=ja

　説明を見る限りでは悪くなさそうです。
　レビューの評価は4.2となっています。

　ということで、この"ADSB Receiver"をHyundai T7にインストールしようと思ってGoogle playで検索したですが、ヒットしません。

【Hyubdai T7のGoogle playでADSBを検索】


  仕方がないので、Hyundai T7のブラウザでADSB Receiverのページを表示して、ここからインストールしようとしたのですが、以下のメッセージが出てインストールできません。

【「お使いの端末はこのバージョンに対応していません。」】



　残念ながらHyundai T7はこのアプリに対応していないようです。

  ネット情報によれば裏ワザ（APK Downloader等）があるようなので、いくつか試してみましたが、ダウンローダアプリ自体が見つからなかったり、目的のAPKファイルがダウンロードできてもインストールの途中で解析エラーが発生したりということでうまく行きませんでした。

【解析エラー】


　仕方がないので、安直に動作が確認された端末を使うことにしました。
　以下のサイトで動作確認された入手容易な端末を調べてみると、Nexus 7が使えそうです。、

　　ADSB Receiver (Android App)
　　http://hiz.ch/index.php/home/adsb-receiver

　Nexus 7は持っていないので、動作確認のためには新たに購入する必要がありますが、新品は結構なお値段がするので、中古を探すことにしました。
　ヤフオクで2012 16GBモデルを調べてみると、\10000前後のようです。
　中古をオークションで購入するのは一寸心配なので、秋葉原で現物を見て買うことにしました。
　中古品を扱っている比較的大手の店舗はいくつがありますが、たまたま最初に見かけたドスパラに希望に近いものがありました。
　ランクＢの2012 16GBモデルが\10690(税抜き)でした。外観を見る限りでは汚れや傷はありません。
　予想していた価格ですし、１か月の保証がついているということでこれを購入しました。
　念のために、画出し、Wi-Fi接続、技適を確認しました。
　なお、バッテリの劣化の程度は判らないということでしたが、これはやむを得ないかもしれません。

　自宅に帰ってGoogle playでADSBを検索してみると、"ADSB Receiver"と"ADSB Receiver Pro"が選択肢として表示されます。

【Nexus 7のGoogle playでADSBを検索】



　早速無料版をインストールしてみました。
　インストールしたアプリは""Avare ADSB"と表示されます。
　自作の針金細工のコリニアアンテナとDVB-Tチューナを繋いで電源を入れると無事に動作しました。

【コリニアアンテナ】


【DVB-TチューナとNexus 7】



　無料版は一定量のデータしか受信できません。
　動作が確認できたので、有料版をAU Walletを使って購入しました。

  30分程度連続受信して２秒間隔撮影のタイムラプス動画にしてみました。

【ADSB Receiver Pro/Avare ADSB (Time Lapse)】

　羽田空港からの離発着の様子がよく判ります。
　残念ながら滑走路上の機影は見えませんが、1000フィート以上であれば結構見えます。
　機影をタップすると、選択された機体の飛行情報が表示され、その機体を中心にして地図がスクロールします。
　今のところ地図のキャッシュも問題ないようなので、機内で受信機の使用が許されている場合には、窓際でなくても自機の飛行位置を確認できるようになるかもしれません。
　国際線では個人モニタに飛行情報が表示されることが多いので、自分で表示することに意味があるのかということはありますが・・・。