Outernet – internet z satelity

Outernet – internet z satelity

Cześć majsterkowiczów może już słyszała o Outernecie – nazywanym przez niektórych internetem dla III świata, choć twórcy opisują swój projekt bardziej jako źródło informacji dla obszarów dotkniętych katastrofami naturalnymi czy darmowym źródle danych dla żeglarzy. W swoim artykule pokaże jak wykonać własnoręcznie antenę i podpiąć wszystkie elementy systemu w jedną całość w celu rozpoczęcia pobierania danych.

   Najlepszym źródłem informacji o Outerencie jest oczywiście strona jego twórców tj. https://outernet.is Można się tam dowiedzieć jak dokładnie działa Outernet. Na starcie społeczność decyduje (takie przynajmniej było założenie na początku istnienia projektu) jakie pliki mają być udostępniane przez satelity. Satelity nadają przez 24h na dobę i umożliwiają ściągniecie 20MB danych w ciągu doby. Nie jest to oszałamiająca ilość, ale najistotniejsze informacje zostają przekazane. Aby połączyć się z satelitą musimy posiadać odpowiednią antenę ze wzmacniaczem oraz mikrokomputer z podpiętym odbiornikiem SDR w celu udostępniania poprzez WiFi pobranych danych. W tej chwili rolę mikrokomputera może pełnić CHIP lub RaspberryPi – ja w swoim projekcie skorzystałem z drugiej opcji. Obecnie rozwój oprogramowania dla RPi został wstrzymany, organizacja skupia się na rozwoju oprogramowania działającego na CHIPie, co wg mnie jest słusznym podejściem, gdyż w USA ten mikrokomputer kosztuje tylko $9, ale w chwili gdy kompletowałem części do projektu, to niestety nie wysłali go do Polski. 

Sprzęt potrzebny do odbioru:

Opcja 1: kupujemy gotowy kit ze strony Outernetu za $79 + przesyłka (jest opcja $99 z powerbankiem)

Opcja 2: kupujemy poszczególne elementy systemu osobno na stronach producentów, bo coś już mamy/chcemy zamienić element systemu na inny, bardziej uniwersalny

Opcja 3: składamy własną antenę i dobieramy elementy nie dedykowane do Outernetu, dzięki czemu możemy wykorzystać je w zupełnie innych projektach

Ja wybrałem opcję 3, bo oprócz anteny miałem już wszystko tj:

Mogłem więc wziąć się za stworzenie anteny.

Antena:

Outernet korzysta z trzech satelitów geostacjonarnych, które swoim zasięgiem pokrywają cały glob.

Jak widać powyżej, Polska znajduje się w zasięgu ALPHASAT który przesyła dane na częstotliwości 1545.94MHz i na taką wartość musimy zbudować antenę. Ze względu na łatwość wykonania wybór padł na antenę helikalną. Po odpaleniu kalkulatora ze strony http://www.daycounter.com/Calculators/Helical-Antenna-Design-Calculator.phtml otrzymałem poniższe wartości:

Zdecydowałem się na wydruk tuby na drukarce 3d, ze względu na chęć zachowania idealnej średnicy tuby oraz odległości między zwojami spirali. Powstał więc projekt tuby, którą ze względu na wymiary podzieliłem na dwie części:

nie lubię łączyć elementów na klej, więc odpowiednio zamodelowałem łączenie na pióro i wpust z blokadą śrubką M3

Napisze jeszcze o innych elementach potrzebnych do budowy anteny:

  • gruby miedziany kabel długości 3m- ja zastosowałem kabel 10mm2 który łatwo kupić w sklepach elektrycznych (ja miałem taki w domu, to typowy kabel do przyłączy elektrycznych)
  • aluminiowa blacha 30x30cm grubości 1mm 
  • miedziana blacha grubości 0,5mm do wycięcia trójkąta dopasowującego impedancje
  • złącze instalacyjne SMA (tego typu http://electropark.pl/sma/1675-zlacze-sma-zenskie-50r-do-obudowy.html)
  • śrubki M3

Nauczony doświadczeniem przy pracy z poprzednimi antenami helikalnymi wydrukowałem dodatkowo krótką tubę, na która pierwsze nawinąłem drut, by przy przewijaniu na tubę większą dobrze do niej przylegał. Wydrukowane elementy prezentowały się następująco:   

Drut pierwsze nawijamy na małą tubę:

Łączymy tuby, pamiętając o włożenie nakrętek w miejsce na nie przeznaczone (zdjęcie z innej anteny):

Po połączeniu tub, przewinięciu kabla na tubę o większej średnicy i jego docięciu zobaczymy taki widok:

Z miedzianej blachy wycinamy trójkąt o długościach przyprostokątnych 90mm i 22mm, a w aluminiowej blasze wiercimy otwory i mocujemy złącze SMA:

Przymocowujemy antenę do blachy aluminiowej i mocujemy trójkąt dopasowania impedancji:

 i oczywiście lutujemy. Ja swoja antenę mocuję na statywie studyjnym (takim samym jak w projekcie anteny Yagi-Uda), z tego względu wykonałem też stosowne mocowanie:

Antena jest gotowa i prezentuje się następująco:

Wzmacniacz LNA:

Jeśli zdecydujecie tak jak ja na wzmacniacz LNA4All, to nie ma co przepłacać i kupować obudowy dostępnej  na stronie jego Twórcy. Zaprojektowałem i wydrukowałem trzymanie, które umożliwia wsadzenie wzmacniacza do aluminiowego profilu 30x20x2mm. Jest to o tyle ważne, że bez aluminiowej obudowy wzmacniacz będzie podany na zakłócenia z zewnątrz. Wycinamy więc z profilu kawałek długości 28/29mm (najlepiej coś pomiędzy) i z aluminiowego płaskownika 20x2mm dwa odcinki po 30mm 

Sam zdecydowałem się na zasilanie wzmacniacza z zewnątrz (stąd te dolutowane kable), ale należy tu wspomnieć, że dongiel SDR który poleciłem, umożliwia zasilanie LNA poprzez kabel antenowy, dzięki możliwości aktywowania w nim Bias-T. Twórca LNA4All bardzo dokładnie opisał wszystkie opcje zasilania jego wzmacniacza, więc tu odsyłam do jego strony (podanej na początku artykułu).

Ważne jest, aby obudowa miała połączenie elektryczne z masą wzmacniacza, z tego względu wyprowadziłem mały drucik, który jest owinięty na złączu SMA i dociśnięty śrubką do obudowy. Sprawdzenie połączeń daje zadowalające rezultaty. Nie należy zapominać również o odpowiednim opisie na obudowie, gdyż LNA działa tylko w jedną stronę.

Jak odnaleźć sygnał:

Aby połączyć się z ALPHASATem musimy w niego w miarę dokładnie wycelować. Możemy sprawdzić jego położenie względem naszej lokalizacji np. za pomocą programu Stellarium 

albo skorzystać z aplikacji na smartfony, ja użyłem Satellite AR na Androida. Wiem też o dobrej aplikacji na sprzęt Appla tj. SatFinder 3D Augmented Reality (na Windows Phony nic nie znalazłem, niby jest Stellarium, ale mi przynajmniej nie działa)  

Ja już w projektowanym trzymaniu uwzględniłem kąt pod jakim ma patrzeć antena (dla Polski będą to okolice 34°) więc pozostało tylko wycelować antenę na południe, podłączyć wzmacniacz przez łącznik i od wzmacniacza kabel do dongla RTL-SDR.

Póki co podłączamy nasz odbiornik do komputera i sprawdzamy przez np. SDR# (tu też odsyłam do artykułu o antenie Yagi-Uda jeśli nie wiecie z czym to jeść) czy odbieramy sygnał. Powinniśmy uzyskać taki widok na SDR#

Polecam trochę pobawić się anteną, bo ja najlepsze rezultaty uzyskiwałem gdy antena nie była wycelowana centralnie w satelitę, tylko lekko obok. Mając potwierdzenie odbioru sygnału możemy przystąpić do instalacji oprogramowania na RPi.

 Konfiguracja oprogramowania:

W archiwum https://archive.outernet.is/images/zz-outdated/ odnajdujemy obraz systemu odpowiadający naszemu urządzeniu i wrzucamy je na kartę SD za pomocą Win32 Disk Imager 

Tak przygotowaną kartę wkładamy do RPi, podłączamy dongiel RTL-SDR i włączamy zasilanie

Po dosłownie parunastu sekundach RPi powinno rozpocząć udostępnianie WiFi. Bierzemy teraz laptop, tablet albo komórkę (cokolwiek co ma WiFi i przeglądarkę internetową) i łączymy się z siecią Outernet

Powinien wyświetlić się komunikat o możliwości zalogowania do sieci WLAN

W tym momencie należy utworzyć konto i po tej czynności możemy w opcjach sprawdzić jakość połączenia:

Interesuje nas współczynnik SNR który musi być powyżej 2dB abyśmy mogli ściągać dane. Wg instrukcji Outernetu ta wartość musi wynosić min. 3dB, ale u mnie ściąganie danych było przerywane dopiero gdy SNR spadał poniżej 2dB. Ważne jest więc by odpowiednio wycelować antenę, w opisywanym przeze mnie zestawie przy bezchmurnym niebie miałem powyżej 4dB, a przy zachmurzonym średnio 2,5dB – widać więc jakie znaczenie ma tutaj pogoda. Po uzyskaniu połączenia najlepiej poczekać parę godzin w celu umożliwienia zestawowi ściągnięcia czegokolwiek (tak jak wspominałem, jest to proces długotrwały). 

Po ponownym zalogowaniu się do sieci możemy np. przeczytać newsy z najpopularniejszych dzienników na świecie:

Pograć w proste gry:

Czy poczytać artykuły z Wikipedii:

Outernet umożliwia też wrzucanie na „satelitę” plików wybranych przez nas: https://outernet.is/filecast-center/ jednak ich waga jest bardzo ograniczona (10kB) i obwarowane jest to wieloma ograniczeniami (musimy mieć np. prawo do udostępniania treści, nie mogą to być pliki prywatne). Outernet cały czas bardzo dynamicznie się rozwija i z pewnością z czasem będzie udostępniał coraz więcej ciekawych treści.

Błędy przy projektowaniu anteny:

Chciałbym jeszcze wspomnieć o błędach jakie popełniłem projektując antenę, a przez te błędy dopiero trzecia antena się sprawdziła.

Pierwsza antena była 3 elementowa (12 zwojów, obecna ma 8) i drut był nawinięty zgodnie z ruchem wskazówek zegara (czyli była to antena LHCP) i to był błąd, bo sygnał Outernetu jest spolaryzowany w drugim kierunku 

 

kolejna więc została zrobiona jako antena RHCP 

i dalej nie mogłem odebrać żadnego sygnału na częstotliwości 1545.94MHz Okazało się, że kalkulator z którego korzystałem na początku tj. http://jcoppens.com/ant/helix/calc.en.php źle oblicza średnicę tuby. Skąd mam pewność że tak się dzieje? Wg innych kalkulatorów średnice moich pierwszych anten są dobrane na 1420MHz, a jest to wartość na której można odebrać sygnał Drogi Mlecznej (dokładniej atomów wodoru, a ich tam jest oczywiście ogromna ilość), po skierowaniu anteny właśnie w kierunku ramion naszej galaktyki na SDR# ukazał mi się taki widok

Właśnie w taki sposób prezentuje się Droga Mleczna na częstotliwości 1420MHz (wodospad jest taki poszarpany bo antenę trzymałem w ręce).

W sumie przez te błędy zużyłem ponad kilogram filamentu nim osiągnąłem swój cel jakim było odebranie sygnału z satelity ALPHASAT.

W załączniku paczki z plikami do wydruku. 

 

Pliki załączone do artykułu:

Ocena: 5/5 (głosów: 11)
Blackfrog - patron działu Druk 3D

Podobne posty

7 komentarzy do “Outernet – internet z satelity

  • Super projekt! – nawet nie wiedzialem ze take cos istnieje :P
    Szkoda tylko, ze to tyle roboty, zeby odebrac kilka plikow z asatelity. Bo niestety „internet” to za duzo powiedziane w tym wypadku :P

    Odpowiedz
  • Fajny projekt!
    Mam jedynie pytanie dotyczące anteny. Skąd wziąłeś wymiary trójkąta dopasowującego i czy mierzyłeś lub oszacowywałeś w jakiś sposób współczynnik odbicia anteny?
    Pytam się, gdyż jako stelaż do spirali użyłeś tuby z dielektryka (filamentu – nie wiem jakiego) , którego przenikalność elektryczna może być od 2.5 do 8.5 według LINK. Przy tych częstotliwościach i stosunkowo niewielkim paśmie pracy, parametry tego dielektryka mogą wpłynąć na dopasowanie anteny i w efekcie na jej poprawne działanie. Kalkulatory dostępne online z reguły nie uwzględniają materiału, na który jest nawinięty drut i zakładają, że będzie on wisiał w powietrzu. Czy projektując trójkąt dopasowujący uwzględniałeś może ten dielektryk?
    Po wynikach widać, że antena działa, choć jak wspomniałeś w artykule trzeba ją trochę odchylić od osi aby działała lepiej. Może być to skutkiem zmiany długości fali ze względu na obecność dielektryka i w konsekwencji zmiany długości elektrycznej anteny a co za tym idzie odchylenia wiązki głównej.
    Nie chcę się tutaj w żaden sposób czepiać, tylko gdyby ktoś chciał wykonać tę anteną przy użyciu innego filamentu lub chociażby tuby papierowej to sztywne wymiary sęka (trójkąta) dopasowującego, podane w artykule, mogą nie dać zadowalających wyników.

    Odpowiedz
    • Wzór na wymiary trójkąta wziąłem ze wzorów podanych w tym temacie na forum: LINK jest tam podane bardzo wiele typów dopasowania i trójkąt nie jest najlepszy, ale w stosunku do wyników dość łatwy w wykonaniu. Większość anten którymi chwalą się osoby odbierające Outernet nie posiada praktycznie żadnego dopasowania, co najwyżej kabel na pewnym odcinku biegnie równolegle do reflektora (tu mój faworyt takich konstrukcji: (LINK ). Sam uważam, że dopasowanie jest ważne, ale przy obiorze anteny dużo wybaczają, nadawanie to podobno inna bajka (to zasłyszana opinia, bo nie mam doświadczenia w nadawaniu).
      Antena nie była w żaden sposób sprawdzana czy „kalibrowana” – musiałbym się chyba odezwać do jakiegoś krótkofalowca ze sprzętem do pomiarów.
      Co wymiarów, tak jak wspomniałeś, żaden kalkulator nie uwzględnia materiału, więc ja też nie uwzględniłem, dodatkowo, drut jest w izolacji, wiec to też powinno sprawiać, że antena „wisi w powietrzu”. Przyglądałem się bardzo wielu konstrukcjom anten helikalnych i nigdzie nie został uwzględniony materiał z jakiego była wykonana tuba, w większości przypadków była to rura PVC (trochę szkoda, bo to ciekawe co piszesz).
      Odchylenie anteny występuje nie tylko u mnie, gdyż spotkałem się z tym zjawiskiem też u innych użytkowników Ouernetu. Nie wiem na ile ma tu wpływ dokładność określania pozycji satelity przez smartfon- na pewno nie jest bez znaczenia.

      Odpowiedz
      • Sposobów na dopasowanie anten jest, jak piszesz wiele. I rzeczywiście większy problem byłby z anteną nadawczą, gdzie przy braku dopasowania, sygnał by się odbił od wejścia anteny i wrócił do nadajnika. Przy braku zabezpieczenia można wówczas taki nadajnik uszkodzić. Czyli podobnej anteny, tyko na pasmo WiFi, bez wcześniejszego pomiaru, bym do rutera lub modemu nie podłączał. Przy słabym dopasowaniu anteny odbiorczej tracimy jedynie na jej efektywności.
        Ja mam więcej doświadczenia z antenami na wyższe częstotliwości, od pasma WiFi poczynając. W tym paśmie również można wykonać anteny samodzielnie i rura kanalizacyjna z PVC się do tego doskonale nadaje. Jednakże ta rura jest dość cienka i wówczas nie ma tak dużego wpływu na wyniki.
        Zapytałem Ciebie o to dopasowania, gdyż ze zdjęć wynika, że na materiale do tuby nie oszczędzałeś ;-) i nawet sam kabel jest częściowo w tym materiale zanurzony a nie nawinięty na powierzchnię tuby, więc mnie zaciekawił wpływ tego materiału.
        Gdybyś był kiedyś z tą anteną w Gdańsku to daj znać. Mam dostęp do wektorowych analizatorów sieci (VNA), przy pomocy których można pomierzyć jej dopasowanie i ewentualnie je poprawić, gdyby była taka potrzeba.
        Z doświadczenia z antenami dla WiFi wiem, że pierwszy prototyp anteny wykonany metodami domowymi, zgodnie z „przepisem” z internetu (np. antena falowodowa z puszki po kawie ‚cantenna’, antena typu Yagi, BiQuad, czy też śrubowa), rzadko działa poprawnie – bo albo pasmo jest przesunięte albo dopasowanie za słabe – i pomiar oraz dodatkowe dopasowanie jest niezbędne.
        Ale za pomysł i super opis projektu masz ode mnie 5 gwiazdek. Pozdrawiam.

        Odpowiedz
  • Super projekt, z którego połowy i tak nie rozumiem :)))) Świetne uzupełnienie systemu typu off-grid. Czy jest możliwość komunikacji między użytkownikami np. jakieś gadugadu, email itp?

    Gdzie ludzie wynajdują takie hitech diy?

    Odpowiedz

Odpowiedz

anuluj

Nie przegap nowych projektów!

Zapisując się na nasz Newsletter będziesz miał pewność, że nie przegapisz żadnego nowego projektu opublikowanego w Majsterkowie!

Od teraz nie przegapisz żadnego projektu!

Masz uwagi?