Antennen Tracker mit RSSI Peilung

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    • Gute Frage. Und erst noch eine "Warum" - Frage, die sind immer schwierig.

      Die spontane, ehrliche Antwort: Weil ich bis vor ein paar Wochen keine Ahnung von Arduino Programmierung hatte.

      Ich gehe davon aus, dass Du den Arduino Serial Plotter meinst, der Teil des Arduino IDE ist. Denke nicht, dass das eine Lösung wäre, denn man kann nur den Serial Plotter oder den Serial Monitor offen haben, aber nicht beide gleichzeitig. Die Daten eines Scans kommen eingebettet in die allgemeinen Daten des Logs, wenn man mit dem Button den Scan startet. Weiterhin muss ich sicherstellen, dass je nach Konfiguration das Logfile auch auf die SDcard geschrieben werden kann. Und dann habe ich noch das Problem, dass kein Speicherplatz mehr für bessere Lösungen vorhanden ist, wie etwa AdvancedSerial. Deshalb bietet sich die simple ASCII-Graphik an. Sie ist einfach und platzsparend. Und sie erfüllt den Zweck, der einzig darin besteht, einen bildhaften Eindruck von den Empfangsverhältnissen zu vermitteln, was die Fehlersuche ungemein vereinfacht.
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    • Nach einer längeren Kreativ-Pause gibt es wieder etwas zu berichten. In der Zwischenzeit habe ich mich vorwiegend mit dem Antennen-Tester befasst, denn was nützt ein Tracker, wenn die Antennen nichts taugen? Inzwischen weiss ich, dass drei von den vier gekauften Helix Antennen gut sind.

      Zuerst ein Bild vom ganzen Aufbau:



      [Bild anklicken, sonst sieht man nur die Hälfte]

      Die Basis ist ein Fotostativ von BG. Darauf als Servo-Gehäuse eine kleine Schmuck-Schatulle aus dem Baumarkt. Die gab es vor Weihnachten in allen Grössen und Formen. Darin wurde das Servo verbaut. Das Verbindungsstück zwischen dem Stativ und dem Servo ist aus Rundaluminium mit einem durchgehenden Gewinde (stammt von einem kannibalisierten Blitzadapter).

      Der Träger für die eigentlichen Tracker-Komponenten ist aus 5 mm Sperrholz, klar lackiert. Den Zuschnitt habe ich mir beim Schreiner machen lassen; dann alles mit Epoxy verleimt. Die schwächste Stelle ist die Achse des Servos, die alles trägt. Seitlich am Servo-Gehäuse befindet sich der Akku, 3S1P 3300 mAh.



      Rechts sieht man die beiden Tracking-Antennen am Quanum Diversity Empfänger mit einem Winkel von 29°. Darunter die GPS-Antenne, welche die Zeit für das Log liefert. Links am FR632 Empfänger eine Aomway SPW und eine weitere VAS 16-turn Super Cannon, welche genau in die Mitte der beiden Tracking-Antennen ausgerichtet wird (stimmt auf dem Bild nicht ganz genau). Dazwischen ein EagleEyes Diversity Umschalter mit zwei Ein- und 4 Ausgängen. Damit hat man effektiv 4-fach Diversity und kann auch ganz ohne Tracking in einem Sektor von 90° herumfliegen und in einem Radius von 500 Meter auch 360° um sich rum. Mit Tracking ist der nutzbare Long Range Sektor 180°. Audio wird nicht benutzt, denn das verschlechtert den Empfang des Videos.

      Auf dem EagleEyes ist ein DVR montiert, das man mit Knopfdruck starten und stoppen kann, wobei eine blinkende LED anzeigt, dass die Aufnahme läuft.



      Von hinten sieht das dann so aus. Unten am Stativ gibt es einen 5-Zoll Kontrollmonitor, mit dem man bei Bedarf auch die DVR-Aufnahme betrachten kann, wobei aber die Video-Quelle umgesteckt werden muss. Die beiden Tracking-Antennen sind hinten miteinander verbunden, damit der Winkel reproduzierbar ist und sie etwas stabiler gehalten werden. Die Helix-Antenne rechts kann mit dem senkrechten Holzstab in der Höhe (Pitch) verstellt und fixiert werden. Der Holzstab ist einfach ein langer Hebel, der unten mit Pilzklett fixiert ist.

      Der Tracker läuft, soweit ich das bis anhin mit kurzen Distanzen testen konnte. Ich bin mir unsicher, ob ich noch einen 2.4 GHz VTx mit kleiner Sendeleistung verbauen will, damit man im Umkreis von ca. 100 Meter das Bild mit dem entsprechenden Empfänger in der Brille empfangen kann. Ich fürchte aber, dass alles was sendet die Reichweite beeinträchtigen könnte. Alternativ geht es auch mit einem Kabel zur Brille.
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    • Der Tracker hat sein ersten Praxistests hinter sich - und ich bin erfreut.

      Eine meiner Sorgen war die Frage, wie das alles zu transportieren, oder besser gesagt zu schleppen, ist. Der Tracker wird in einem Koffer verstaut, dann das Stativ in seiner Tragetasche umgehängt und in der anderen Hand eine Einkaufstasche mit der Taranis und den Akkus. Die lange schwarze Stativtasche vorne links auf dem Bild gehört zu einem anderen Projekt und wird in diesem Forum andernorts besprochen werden.



      Das geht für den Transport ganz gut, zumindest auf dem ersten Kilometer. Im Koffer liegt der Tracker mit den beiden Empfängern, den Antennen und dem Monitor, davor "das andere Ding" und rechts unter dem grünen Schaumgummi das Zubehör. Der Aufbau ist in ca. 10 Minuten erledigt ud schon steht alles betriebsbereit in der Landschaft.



      Zuerst habe ich mit dem 4-Zoll Honeybadger einige Tests bei 25 mW geflogen. Das Bild ist bei 1.2 km noch klar und störungsfrei, doppelte Distanz ginge locker, aber so weit reicht der Flugakku nicht. Dann bin ich mit dem Nano Talon geflogen, und davon zeige ich Euch den Plot des Logfiles:



      Die X-Achse stellt die Zeit in Einheiten von 0.05 Sekunden dar. Die Y-Achse sind die ausgelesenen RSSI-Werte der beiden Antennen. Die gute Übereinstimmung der beiden Kurven zeigt die Qualität der Nachführung.

      Was ich beim nächsten Aufbau anders machen würde:

      Der Einbau der Servosteuerung in den Quanum Empfänger ist eine nette Idee und bastlerisch anspruchsvoll, bewährt sich aber nicht wirklich. Wenn das Signal vom Quanum kommt, dann sieht man ganz leichte Bildstörungen, wenn das Servo sich bewegt. Das Bild vom FR632 ist immer ganz sauber.
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    • Cooles Projekt. Ist der FR632 tatsächlich Klassen besser als ein RX5808?
      Wenn man den ganzen Aufwand sieht, könnte man auch über ein non-mechanical Design nachdenken. Einfach viele Richtantennen (Patches, Spiros,...), dahinter viele RX5808 und dann einfach den mit dem stärksten Signal durchschalten. Also letztlich wie ein Diversity Empfänger mit vielen >>2 Empfängern.
    • Stefan73 schrieb:

      Ist der FR632 tatsächlich Klassen besser als ein RX5808?
      Die Frage kann ich leider nicht fundiert beantworten, denn dazu müsste man wirklich messen können. Deshalb nur einige Gedanken aus den von mir gemachten Erfahrungen:

      1. Den Hinweis auf den FR632 als guten Long Range Empfänger habe ich irgendwo auf RCGroups gefunden und mir deshalb einen bestellt.

      2. Das winzige LCD Display ist eine pain in the ass und eigentlich nur mit Lupe ablesbar (wobei junge Kollegen da anderer Meinung sein können).

      3. Der innere Aufbau ist sehr sauber gemacht und achtet konsequent auf kurze Anschuss-Strecken wo es darauf ankommt. Ausserdem hat der FR632 ein Metallgehäuse, was sicherlich nicht schadet. Einen Vergleich mit dem Quanum könnte ich machen, aber das wäre unfair und nicht aussagekräftig, weil mein Quanum mit Störkomponenten verbastelt ist. Wenn ich von den geringfügigen Störungen beim Quanum absehe, dann ist der Quanum auch in der 1. Liga.

      4. Schau Dir mal den Capipirinha Flug bei 1:22 an. Mein Bild mit dem FR632 ist bei gleicher Distanz durchgehend besser und störungsfrei. Die Empfangsantenne ist die gleiche, aber im Video wird ein Aomway DIV006 Empfänger verwendet. Als Sendeantenne habe ich mich für die Aomway 4 Leaf entschieden und von vier Stück die beste rausgepickt, während im Video eine VAS ION mit einem Antennengewinn von 2.5 dbic verwendet wird.

      Mein Ergebnis lautet: Der FR632 ist sehr gut und ich habe in meiner ganzen Sammlung keinen besseren. Die Realacc RX5808 Pro Empfänger habe ich für die Brille, habe aber nie so ein Brillenmodul am Tracker ausprobiert. Vergleiche zum RX5808 für Long Range kann ich deshalb nicht anstellen.

      Zu einem Design ganz ohne Mechanik: Das wäre wohl sehr einfach. Zwei Diversity Empfänger, vier gleiche Antennen und ein Eagle Eyes. Mit den Super Cannon kommt man auf einen Sektor von 100° Blickwinkel und mit den kürzeren Black Cannon auf 240°. Die Frage ist nur, wie gut die Empfänger umschalten.

      @Dayum: Es gibt den RSSI Pro Track so irgendwie halbkommerziell (Bau auf Bestellung).
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    • Ich würde gar keinen Realacc RX5808 kaufen, die sondern die Boscam Module. Die kosten ca 5€. Die Schaltung ist effektiv diese hier:
      github.com/sheaivey/rx5808-pro-diversity#hardware
      Die Schaltung bekommt man ohne viel Denken auf vier 5808 aufgebohrt; ansonsten müßte man die 4066 Switches kaskadieren. Die RSSI Auswertung macht man dann wie Du bei Deinem Code selbst. Damit könnte man für grob geschätzt 30€ einen Quad diversity aufbauen. Dazu kämen die Kosten für vier Patches/Spiros.
      Wäre sozusagen der Budget Ansatz gegenüber Deinem High-End Ansatz.
    • Stefan73 schrieb:

      Ich würde gar keinen Realacc RX5808 kaufen, die sondern die Boscam Module.

      Autsch, jetzt kapiere ich, was Du meinst :D . Den hard core do it yourself Ansatz. Das ist sicher möglich, aber wohl auch beschwerlich. Ich kann mich erinnern, dass einer so einen selbstgebauten 4-fach Diversity Empfänger am RC-Treffen in Nürnberg mit dabei hatte, und der funktionierte prächtig.

      Wenn ich die Augen schliesse und träume, dann sähe der Empfänger so aus: Ein kreisrundes PCB mit 6 Empfänger-Modulen je 60° versetzt und je einem SMA-Female für die Antenne. Dazu 6x eine 8 dB bis 12 dB Antenne, etwas mit knapp über 60° HPBW oder mehr. Im Innern des PCB alles, was es für die Stromversorgung und Diversity braucht, nebst einem LCD Display. Man müsste nur die Antennen anschrauben und den Akku einstecken. Das Ganze kommt auf einen 2.5 Meter Antennenmast. </TRAUM>

      Das schwierigste elektro-konstruktive Problem im Hinblick auf die Leistung des Empfängers besteht darin, den Übergang vom SMA-Female zum RX5800 Empfängermodul so hinzukriegen, dass die Antennenleitung insgesamt 50 Ohm hat. Sonst wird S11 lausig. Ausserdem habe ich das Gefühl, dass für 6-fach Diversity die Anschlüsse an einem Arduino nicht ausreichen.
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    • Der Arduino Uno hat sicherlich zu wenige ports, aber mit nem Mega oder Arduino-kompatiblen Chips, sollte das sicher gehen :D Hab auch schonmal überlegt, so was ähnliches wie Clearview/Rapidfire zu basteln, welches die Bilder übereinander legt (stark vereinfacht).
      Schau da doch mal den ESP32 an. Der hat massig Leistung und sogar zwei Rechenkerne. Bin mittlerweile richtig verliebt in den Chip :love: Und zur Konfiguration kannst sogar noch Bluetooth oder Wlan nutzen.
    • Meech schrieb:

      1. Sicher, dass die Antennenleitung zwischen SMA und RX5808 50 Ohm betragen muss? Wenn ja, warum?
      Ja, sicher.

      Es geht nicht um den Ohmschen Widerstand, den man mit Gleichstrom misst, sondern um das Verhalten bei hohen Frequenzen. Da wirkt neben dem (geringen) Ohmschen Widerstand ein kapazitativer und ein induktiver Widerstand. Zusammen ergibt das eine Impedanz, und die drückt man in Ohm aus. Man hat sich auf zwei Typen von Standardkabel geeinigt: 50 Ohm und 75 Ohm. Da unsere Antennen und der Eingang des Empfängers auf 50 Ohm ausgelegt sind, muss alles dazwischen auch eine Impedanz von 50 Ohm haben. Wenn nicht, wird das Signal teilweise reflektiert und das ergibt Verluste. Ein bekanntes Mass für die Anpassung an einen Ohm-Wert ist VSWR, worauf wir bei unseren Antennen achten. Ist eine Antenne bei der verwendeten Frequenz nicht gut auf eine Impedanz von 50 Ohm abgestimmt, dann ergibt sich ein schlechtes VSWR.

      Das ist stark vereinfacht. Ich versuche nur folgendes deutlich zu machen: Wenn irgendwo in einem Antennenkabel ein Stück mit einer anderen Impedanz ist, dann wird die ganze Antennenanpassung gestört und die Resultate sind schlecht. Man sieht das häufig bei billigen Adaptern und Übergangsstücken, wo schnell einmal 3 dB vernichtet werden.
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    • Das habe ich mal beim Stöbern gefunden. D.h. es ist erstmal möglich, ein solches VGA Signal zu erzeugen. Ich denke, dass das auch relativ latenzfrei geht. Spannender ist sicherlich das Einlesen, aber ich meine, dass man dafür Hardwarebeschleunigung nutzen kann, habe es aber noch nicht wirklich rechergiert. Habe aktuell noch ein anderes Projekt, was nicht wenig Zeit kostet und Studium muss halt auch nocht sein :/ :D
    • Danke für die Antworten. Das Video sieht interessant aus, das muss ich auf jeden Fall vertiefen und verfolgen.

      Die Sache mit den 50 Ohm konnte ich nicht direkt glauben, da die Empfänger die bei mir rumliegen so aussehen, als ob die SMA-Buchse einfach direkt neben den Empfänger gepackt wurde, ebenso auf dem weiter oben verlinkten Projekt. Du scheinst aber zu wissen wovon du sprichst, daher vielen Dank für die ausführliche Antwort :)
    • Meech schrieb:

      da die Empfänger die bei mir rumliegen so aussehen, als ob die SMA-Buchse einfach direkt neben den Empfänger gepackt wurde
      Da gibt es deutliche Unterschiede zwischen den Produkten. Schau Dir mal den FR632 an, den ich vorstehend gelobt habe. In der dritten Bildreihe sieht man die Anschlüsse im Detail. Es sieht aus, wie eine einfache Kupferbahn vom SMA zum Modul. Darum herum ist GND. Und auf der Unterseite ist auch GND. Von der Ober- zur Unterseite sieht man zahlreiche Durchkontaktierungen von GND zu GND. Wenn man jetzt in Abhängigkeit von der Platinendicke und dem Platinenmaterial die Breite der Leiterbahn und den Abstand zum umgebenden GND genau richtig wählt, dann kann man erreichen, dass dieses Stück Leiterbahn eine Impedanz von 50 Ohm hat.

      Wer genau hinschaut, der sieht, dass die Leiterbahn verglichen mit allen anderen relativ breit ist und auch der Abstand ist grösser, als für die blosse Isolierung notwendig wäre. Auf der gesamten Platine sind die beiden GND in Abständen von weniger als 1/4 Wellenlänge durchkontaktiert. Längs der Leiterbahn ist eine Extra-Reihe von solchen Durchkontaktierungen. Hier hat sich ein Ingenieur Mühe gegeben, die Arbeit richtig zu machen. Das Resultat bestätigt den Erfolg seiner Bemühungen.

      So eine Verbindung ist alles andere als einfach. Beim Quanum Diversity Empfänger ist schon das Layout nicht optimal. Beide Empfangsmodule sind übereinandergepackt, je eines auf jeder Seite der Platine. Dadurch wird die eine Antennenzuleitung deutlich länger als die andere. Der entsprechende Empfänger hat auch durchwegs das schwächere Signal, was ich in der Software des Trackers korrigiere. Was ich im Beitrag #29 zum Ausdruck bringen wollte ist, dass solche Details nicht trivial und bei einem Selbstbau schwierig zu lösen sind. Ich muss aber hinzufügen, dass ich @Stefan73 zutraue, das in den Griff zu kriegen.
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    • Jetzt möchte ich gerne nochmals zum Thema zurückkommen, also zum RSSI Tracker.

      Ich habe Euch nämlich ein wichtiges Zubehörteil unterschlagen, das ich in Beitrag #24 als "das andere Ding" bezeichnet habe und das mit der langen schwarzen Stativtasche zu tun hat. Der Tracker hat bei günstigsten Verhältnissen eine Reichweite von bis zu 30 km. Ihr merkt, wir sprechen von hard core long range. Es braucht somit einen RC-Link, der das auch schafft, sonst macht die Übung wenig Sinn.

      Zuerst habe ich Versuche mit EzUHF gemacht, die aber einstweilen wieder auf's Eis gelegt, weil der Diversity Empfänger etwas schwer für den Nano Talon ist und weil das 433 MHz Band in Europa abgesehen von einigen entlegenen Gebieten ziemlich verseucht ist. Es eignet sich besser für grössere Flieger, wo man die Komponenten auch im Modell mit einigem Abstand trennen und damit entstören kann. EzUHF richtig einzusetzen ist ein schwieriges Unterfangen.

      Folglich bin ich auf das altbewährte TBS Crossfire System zurückgekommen und habe den CROSSFIRE micro receiver mit der Dipol Drahtantenne verbaut. Ich weiss, dass manche Kollegen damit am Carbon-Kopter Probleme haben, aber an einem Styropor Flieger geht das gut, selbst mit einem 90° abgewinkelten Dipol wie in meinem Fall. Eine der weiteren Problemstellen ist die Diamond-Antenne an der Taranis. Sie ist zu nahe an der Funke und am Metallbügel und auch zu wenig hoch über dem Boden. Deshalb habe ich mir für die RC-Steuerung eine Relay-Station gebaut. Das sieht so aus:



      Vorne rechts ist ein L9R Empfänger ohne Telemetrie, der mit der Taranis gebunden wird. 8 Kanäle mit PWM Signal gehen zu einem 'PWM zu CPPM' Wandler, der das PPM Signal zum Crossfire Modul weitergibt. Versorgt wird alles aus einem 3S-Akku, Crossfire direkt mit Akkuspannung, der L9R mit dem PWM-CPPM Wandler über einen Step-down mit 5V. Ein LCD Voltmeter zeigt die Akkuspannung zur Beruhigung der Nerven des Piloten. Die Relay Station kann irgendwo im weiten Umkreis an einem besonders günstigen Standort aufgestellt werden. Der Akku hält übrigens tagelang.

      Das bringt einige entscheidende Vorteile: Der L9R hat keine Telemetrie und stört das Empfangsteil des Crossfire nicht. Der Crossfire seinerseits stört den Tracker und den Monitor nicht. RSSI oder Link Quality bekomme ich über das OSD im Videobild. Crossfire ist im Dynamic Modus und tut was er soll. Und wenn man das Stativ auszieht, dann sieht das so aus:

      (wer das ganze Bild sehen möchte, der soll es anklicken)

      Die Diamond Antenne befindet sich jetzt fast 3 Meter über dem Boden und macht ihre Arbeit völlig ungestört. Damit ist die RC-Reichweite grösser als die Reichweite des Video-Links, so wie es sein soll. Den Long Range Hack für die Diamond Antenne habe ich auch versucht, das zusätzliche Element dann aber wieder entfernt, weil ich feststellen musste, dass mein VSWR damit schlecht wurde. Ich habe 2.5:1 gemessen und dazu in den YT Kommentaren nachgefragt. Video Aerial Systems war so nett (und so ehrlich!) darauf zu antworten und berichtete, dass nach ihren eigenen Messungen VSWR 1.8:1 festgestellt wurde. Ich habe dann auf den Hack verzichtet, weil mir die Aussicht auf 20% reflektierte Energie nicht als zuträglich für den Crossfire erschien. Man muss sich aber im Klaren sein, dass sich mit dem Hack aufgrund des Gewinns aus der Richtwirkung immer noch eine bessere Reichweite ergibt als ohne den Hack.

      Der Nachteil des RC-Relay mit PWM/PPM ist offensichtlich: Eine stark erhöhte Latenz. Man kann je nach Situation das Übel wählen: wenig Reichweite oder Latenz. Für Long Range spielt die Latenz kaum eine Rolle. Das Flugmodell fliegt meist in einem FC-unterstützten Modus und iNAV bedient die Steuerflächen über den Flight Controller.
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