無線方向探知用オートマチック・キーヤー – 精度、簡単操作、信頼性

部品と材料

部品	数量	備考
Arduino UNO	1
コンデンサ 100nF	5
リレー（汎用）	1
LED（汎用）	1
コンデンサ 100µF	1
ジャンパーワイヤー（汎用）	1
アマチュア無線機用外部ハンドセット/マイクプラグ	1	お使いの無線機に合わせて選択
トグルスイッチ	1

必要な工具と機器

• はんだごて（汎用）
• はんだ（鉛フリー）
• アマチュア無線機（動作確認用）

プロジェクト概要

アマチュア無線愛好家は、「フォックスハント（狐狩り）」と呼ばれる、遠方に隠された送信機（フォックス）を無線方向探知で見つけ出す練習を行って技術を磨きます。この技術は、送信機を持つ機器や人物を特定する際に役立ちます。

このプロジェクトでは、Arduinoを用いて無線機をキーイング（送信状態に）し、モールス信号で局識別信号（コールサイン）を送出した後、長いトーンを送信します。送信中の電波を方向探知機で追跡することで、送信機の位置を特定できます。

筆者は2011年のARRL教師研修で初めてフォックスハントを体験し、その面白さに魅了されました（ただし、チームが間違ったフォックスを見つけてしまいました）。中学生の理科の授業でこの活動を取り入れたいと考えましたが、自作は複雑すぎるか、コストが高すぎると感じていました。

しかし最近、安価な2m帯無線機とプログラマブル・マイクロプロセッサ（Arduinoなど）を組み合わせれば、わずかな費用で自作フォックスが作れると気づき、夏休みの学習プロジェクトとして取り組みました。

今回は安価で手に入るBaofeng UV-3R（現在は使用していないもの）とArduino Unoを使用しました。異なる無線機（異なるジャック形状）を使う場合でも、ジャックとマイクのテスト手順は同様で、回路とArduinoスケッチはオペレーターのコールサイン部分を除いて同じです。

注意: 回路図は見た目ほど複雑ではありません。0.01µFのコンデンサは、送信時に回路がRFI（高周波妨害）を拾って誤動作するのを防ぐために追加しています。これがないと、至近距離からの送信電波の影響でArduinoが再起動を繰り返すなど、不安定な挙動を示しました。もう1つのコンデンサは、Arduinoの矩形波を滑らかにして正弦波に近づけ、音質を改善するためのものです。

コード

フォックスハント無線キーヤー

無線機をキーイングしてモールス信号で自己識別を行い、トーンを送信するArduinoスケッチです。

/* By Nelson Farrier
 * 無線機をキーイングしてトーンを送信
 * Baofeng UV-3RをリレーのON/OFFでキーイングし、コールサイン送出後に5秒間のトーンを送る
 * 参考: Mike Myers (https://mikemyers.me) @netnutmike
 * Let's Make It Episode 6 (https://tech-zen.tv/index.php/shows/let-s-make-it/episodes/59-sensor-fun-with-arduino-1-massive-failure-but-4-successes-let-s-make-it-episode-6)
 */

// モールス符号定義（アルファベット・数字）
char* letters[] = {
  ".-",   // A  "-...", // B  "-.-.", // C  "-..",  // D  ".",    // E
  "..-.", // F  "--.",  // G  "....", // H  "..",   // I  ".---", // J
  "-.-",  // K  ".-..", // L  "--",   // M  "-.",   // N  "---",  // O
  ".--.", // P  "--.-", // Q  ".-.",  // R  "...",  // S  "-",    // T
  "..-",  // U  "...-", // V  ".--",  // W  "-..-", // X  "-.--", // Y
  "--.."  // Z
};

char* numbers[] = {
  "-----", // 0  ".----", // 1  "..---", // 2  "...--", // 3  "....-", // 4
  ".....", // 5  "-....", // 6  "--...", // 7  "---..", // 8  "----."  // 9
};

int relay = 12;        // リレー制御ピン
int TonePin = 13;      // トーン出力ピン
int frequency = 1000;  // トーン周波数 (Hz)
int dotDelay = 70;     // モールス・ドットの長さ (ms)
int charDelay = 500;   // 文字間隔 (ファーンズワース方式)
int wordDelay = 1100;  // 単語間隔 (ファーンズワース方式)
int cycleDelay = 15000; // サイクル間隔の半分（最大値16383の制限対策）

void setup() {
  pinMode(12, OUTPUT);
  pinMode(13, OUTPUT);
  delay(2000); // 起動後の初期待機
}

void loop() {
  digitalWrite(relay, HIGH);  // リレーON（送信開始）
  delay(1000);
  SendText("NF7Z FOX");       // コールサイン送出
  delay(1000);
  tone(TonePin, frequency);   // 7秒間トーン送信
  delay(7000);
  noTone(TonePin);
  delay(10000);               // トーンなしで10秒間送信継続
  digitalWrite(relay, LOW);   // リレーOFF（送信終了）
  delay(cycleDelay);
  delay(cycleDelay);          // 合計30秒のサイクル待機
}

// モールス符号シーケンス送信関数
void morseCodeSequence(char* sequence) {
  int i = 0;
  while (sequence[i] != NULL) {
    dotOrDash(sequence[i]);
    i++;
  }
  delay(charDelay); // 文字間ギャップ
}

// テキストをモールス信号に変換して送信
void SendText(char* MorseCodeLetters) {
  int i = 0;
  char ch;
  while (MorseCodeLetters[i] != NULL) {
    ch = MorseCodeLetters[i];
    if (ch >= 'a' && ch <= 'z') {
      morseCodeSequence(letters[ch - 'a']);
    } else if (ch >= 'A' && ch <= 'Z') {
      morseCodeSequence(letters[ch - 'A']);
    } else if (ch >= '0' && ch <= '9') {
      morseCodeSequence(numbers[ch - '0']);
    } else if (ch == ' ') {
      delay(wordDelay); // 単語間ギャップ
    }
    i++;
  }
  delay(charDelay);
}

// ドット/ダッシュの出力制御
void dotOrDash(char dotOrDash) {
  tone(TonePin, frequency);
  if (dotOrDash == '.') {
    delay(dotDelay);
  } else { // ダッシュと判定
    delay(dotDelay * 3);
  }
  noTone(TonePin);
  delay(dotDelay); // 要素間ギャップ
}

回路図

製作のポイント

• RFI対策: 送信機に近接するため、バイパスコンデンサ（0.01µF）を電源ラインと信号線に配置し、Arduinoの誤動作を防止しています。
• 音質改善: 出力段にコンデンサを挿入し、矩形波を滑らかにして正弦波に近づけています。
• リレー駆動: 無線機のPTT（Push-To-Talk）ラインをリレーで切り替え、Arduinoを高周波から絶縁しています。
• コールサイン変更: スケッチ内の SendText("NF7Z FOX") 部分を自分のコールサインに変更してください。

運用上の注意

• アマチュア無線の免許が必要です。自分のコールサインを正しく送信してください。
• フォックスハントは屋外で行うため、防水・防塵対策を施したケースへの収納を推奨します。
• 電池駆動の場合、消費電流を考慮して電池容量を選定してください。