前回のGY271センサーは傾きによる地磁気検出の誤差が大きかったので、加速度センサー付きのものを探していたのですが、秋月電子にBNO055というのがあり、新年会に都心にでたついでに購入しました。価格は、ちょっとお高いですが。。。

https://akizukidenshi.com/catalog/g/g116996/

早速前の試作基板につけてみました。今回は校正は、スマホのコンパス同様に8の字とかランダムに動かすと自動で完了するようです。




傾きにおける誤差は数度とかなり安定しているので、スタンドアローンで持ち歩けるように蛇の目基板で液晶も0.9インチ（SSD1306）から1.3インチ（SH1106）へと少し大型にして作り直してみました。

あわせて、ＡＲＤＦの5台のＴＸのどれが送信しているか分かるインジケーターとそれぞれの時の角度情報をメモできるようにスイッチをつけました。

ソフトウェアは、いつものようにチャッピーにお願いしましたが、チャッピー推奨のArduinoのフォントライブラリーが容量が大きかったので、自分でそのあたりを書き換えて作りました。タイマーや角度記録などはチャッピー作で修正なしに使えたので、やはり大きく時短できました。



ケースは、３Dプリンターで製作。ボタンが押しずらいので角穴にしたのが少し不格好ですが、充電式のかわいいコンパスが完成しました。精度よく表示され、タイマーもうまく動作しているので持ち歩いて評価してみようと思います

ARDFの動画をみているとアンテナのブームにコンパスを貼り付けて使用しているものがありました。

ARDFは、アンテナを回して強い方向めがけて走ればよいと思っていましたが、離れた2点で測定した電波が来る方位角を地図にプロットすることで、発振器の位置を推定するのだそうです。確かに発振器が1個であれば方位角の取得は不要ですが、競技ではTX1～５の5台を発見する必要があります。しかも、それぞれの発振器は、連続送信している訳でなく、1分間送信した後は次の発振器へと順番に送信される仕組みなので、それぞれの発振器が送信している間に方位角を記録しておくと有利です。

そこで電子コンパスを作ってみようと思いました。センサーは数年間前に中華から購入したGY271というものです。これはかなり安かったと記憶しています。今見ると以下のように200円くらいでありました。
https://ja.aliexpress.com/item/32821174208.html

まずは、どの程度測れるか調べてみました。

●ハードウェア
マイコンと液晶を実装しているアンテナアナライザーの試作の残骸がありましたので、これにセンサーをつないでソフトを書き込んでみることにします。回路は簡単です。ブレッドボードなどにマイコン（Arduino）～センサー～液晶(SSD1306)をI2Cの2本の線と電源線を接続するだけで完了します。

●ソフトウェア
GY-271から角度データがでるので表示させるだけでできますが、面倒なのでチャッピー（ChatGPT）に作ってもらいました。無線機などのプログラムはエラーが多かったのですがこのあたりの汎用品は一発で動作しました。自分で作れば半日くらいかかるものが、一瞬でできてきました。エラーもエラーコメントをチャッピーにコピペすれば即回答してくれるので大変便利です。

本当にこの先プログラマーという職業が大幅に減っていくことが実感できます。自分でプログラムする気持ちがなくなってきますねー(笑)


こんな感じです。動作が確認できたら校正です。これもチャッピーに教えてもらいました。
ライブラリのサンプルの中にある校正用プログラムを入れていろんな方向にセンサー回します。何回か回すと各補正値が出力されるので値をプログラムに書き込めばOKです。

★使用してみて
iPhone、アンドロイド携帯、スマートウォッチのそれぞれコンパス機能と比較してみました。大体はOKなのですが、それぞれ差があることもわかりました。

また、地図の真北と磁北は違います。東京だと7度ほどずれているのでこのあたりをiPhoneは補正されていた（アプリで設定できる）のですが、他のものは補正なしのようでした。国土地理院の以下サイトで地域別にこの偏角を知ることができます
https://maps.gsi.go.jp/#9/35.417034/139.566193/&base=std&base_grayscale=1&ls=std%7Cjikizu2015_chijiki_d&blend=0&disp=11&lcd=jikizu2015_chijiki_d&vs=c0g1j0h0k0l0u0t0z0r0s0m0f0&d=m




アンテナにこのようにつけて回すと方位角をみることができて便利です。しかし、ここで大変なことに気が付きました。それは垂直方向の角度によって誤差が大きいということです。アンテナを少し上下に振るだけで20～30度も値が変化します。これでは走ったり山の坂道での方位角測定は役に立ちません。チャッピーによると磁気は角度によって誤差があるということで、これを解決するには加速度センサーが必要とのことでした。

方位磁石は、水平方向になるような構造ですからこの点も考えられているのですね。

ということで、あまり実用性がないものを作ってしまいましたが、カメラ三脚などについている水平器と組み合わせるとよいと思います。

次回は、加速度センサーつきのものを紹介します

2エレの短縮位相給電アンテナですが、これまで作ったフルサイズのHB9CVやZLスペシャルと比較して、利得やFB比がでないことに疑問を持っていたのですが、実験を通してなんとなく分かってきました。まず、今のアンテナの寸法と動作原理は以下の通りです。

HB9CVなどの書籍を調べたのですが、135度の位相差とはあるのですが、実際の原理が分かりやすく述べられておらず、ベクトル図も発見できなかったので自分の理解を整理する上で位相関係を描いてみました。（間違っていたら教えてください）



手書きで少しわかりにくいのですが、まとめると1/8波長の間隔で同様の長さのフェーズラインを180度捻っておけば、バック方向は打ち消す。進行方向は足し算になるのが本アンテナの原理です。

今回、不思議だったのは、調整で利得最大にするとＦＢ比が殆どとれず、ＦＢ比を最大にするには反射器の共振周波数を輻射器と同じ程度にする必要があり、そのときに利得が6㏈程度低くなるということでした。

先の原理図から、本件で想定できるのは位相とレベルがずれているということなので、利得最大のときは2エレ八木の動作で利得があがるが反射器からの打ち消し波のレベルが低いということが想定できます。（反射器の共振周波数を輻射器と同じにすることでＦＢ比が最大になるが今度は2エレ八木のような反射器の効果がなくなり利得が低下したことも説明できる）

今回受信アンテナということでマッチングはあまり考えていなかったので反射器からのレベルが低く短縮コイルでの位相のずれも大きいように思います。短縮率が大きいのでこのあたりは難しいと感じましたが、改善の余地はあるので引き続き考えてみます。

近くの公園でFB比を最大に調整した状態で比較用のダイポールとともにパターン測定をしてみました。



パターン図は以下のようになりました。FB比は10dB程度で利得はダイポール比で-5dBとなりました（2エレを利得最大に調整するとダイポールと同じ利得になりますがＦＢ比はとれません）。RSSIは受信機で表示される㏈μVが単位です。

今回気が付いたのはアンテナエレメントを外しても結構なレベルで受信するということでした。人体と短縮コイルだけでも電波を受信するようでした。ダイポールを回してもサイドのレベルが切れ込まないのはこのあたりが原因かと推測しています。

また、受信機入力の同軸を外すと発振器近くでも殆ど受信はしないので受信機の基板単体ではシールドがなくても良いかも知れません（ＲＦアンプのコイルはシールドされているので）。



これまで、不思議だったことが実験を通して少しスッキリしてきましたので、アンテナの改良を進めたいと思います。アンテナ短縮コイルにシールドを被せたり、トロイダルコアにすることでサイドの切れはよくなるか調べてみます。

今のままでも感度はイマイチですが回せば、方向感は分かるので電波探知遊びもできるようになり少し楽しくなってきました(笑)