你可能还记得我之前的“天哪，我被Zeked了!”专栏中，11岁的齐克在国际空间站(ISS)上执行一项任务，与绕地球飞行的宇航员和宇航员交谈。他在8岁的时候就获得了业余无线电执照，现在他正致力于让他的10英尺螺旋天线跟踪空间站。
在第1部分在这部迷你超级系列剧中，我们见到了齐克和他的父亲埃里克，了解了这段漫长的旅程是如何开始的。在第2部分我们看到了齐克和埃里克如何建造他们的第一个10英尺螺旋天线，并将其安装在甲板上。从那以后，我一直在和齐克和埃里克聊天，我认为这可能是有用的填补一些空白，让我们了解最新的游戏状态。
在获得火腿执照后的一段时间，齐克听说了Kids Net(一家当地的火腿广播网络)，但当他加入时，听到了回声，这表明他的信号被分散了。解决方案是创建一个定向天线，在儿童网络会议结束时，有人建议使用Moxon矩形天线，这是一种简单而坚固的单频天线。齐克和埃里克很快就造出了这样一个天线，如下图所示。
齐克的莫克森天线(来源:KJ7NLL)
当然，关于定向天线的事情是你必须把它指向正确的方向。如果齐克只希望用它与儿童网对话，这将是一个简单的任务，但他也想用它与其他网交流。Zeke和Eric决定建造一个天线转子(或天线旋转器)，而不是手工重新定位天线，这是一个电机驱动的设备，用于改变定向天线的方向。
就像命运一样，当齐克还是个孩子的时候开始对技术乐高积木产生兴趣(嗯，当时比他现在还小)，埃里克设法弄到了20个1990年代为科学教室设计的教师版乐高Dacta工具包。正如埃里克告诉我的那样，“我们在一次车库甩卖中以便宜的价格买到了它们，多年以后，它们仍然被用于我们的各种项目。”
使用乐高电机旋转Moxon天线(来源:KJ7NLL)
最初，齐克只是用一个开关来控制电机，将天线指向正确的方向。下一步是添加一个电位器，可以用来报告天线的位置。埃里克和齐克将天线指向一个方向，并记下罗盘方位(度数)和电位器上的相应值。然后，他们将天线旋转到另一个方向，并记录下相应的度数和电位器读数。
他们的下一步是创建一个Excel“小抄”，执行度和电位器值的线性插值。现在，齐克可以很容易地从电子表格中确定与所需方向相关的锅值，然后在控制电机时使用万用表来读取锅值。他们最新最好的螺旋天线解决方案要复杂得多，但我觉得跟踪Zeke和Eric实现的演变很有趣。
我们在之前的专栏中讨论过Zeke的10英尺螺旋天线的首次实现。他用于小型莫克斯顿天线的旋翼不足以驱动更大的螺旋天线。然而，在一个交换网(一个火腿爱好者在“直播”中见面购买、出售或交换装备的网)上，齐克发现有人有两个大转子，他很乐意捐赠给这项事业。
计划是使用一个转子来控制天线的方位值(它的旋转方向)，另一个来控制它的仰角。可悲的是，转子中现有的交流电机已经看到了更好的日子，所以齐克和埃里克丢弃了它们，之后埃里克对转子外壳进行了一些明智的修改与Dremel。
用Dremel修改新的转子(来源:KJ7NLL)
正如我们在上面的图像中看到的，Zeke和Eric保存了现有的齿轮系，它可以提供足够多的扭矩来驱动天线。对于每个转子，他们添加了一个直流乐高电机来驱动天线和一个电位器来读取当前位置。
与此同时，齐克在吸毒AWR微波办公室从Cadence设计的电机控制板，也将安装在转子外壳。他把这块自己蚀刻的板非正式地称为“火箭”板，因为它的形状。
设计和蚀刻“火箭”板(来源:KJ7NLL)
下图显示了一个乐高天线模型(左)，有两个马达用来控制它的方位和仰角。这为齐克和埃里克测试他们的控制算法提供了一个试验台。在图像的右侧，我们看到了更详细(如果有点模糊)的火箭板，左边是h桥和稳压器，中间是Silicon Labs的基于efr32mg21的微控制器开发板，右边是微控制器旁边的实时时钟(RTC)板，后面是乐高模型。
电机控制算法的首次测试(来源:KJ7NLL)
关于微控制器开发板的选择，Eric指出:“目前，天线转子是通过串行命令行接口控制的。然而，控制器最终会在甲板上，而业余无线电则在60英尺外，所以我们需要一种方法与它进行远程通信。我们选择了EFR32MG21，因为它包含蓝牙，我们将把它发送到天线的馈线，这样我们就可以通过蓝牙连接到串行接口。”
此外，关于他们的电机控制算法，Zeke开始只是使用电位器读数来确定天线当前指向的位置，使用他的卫星跟踪软件(我们将在未来的专栏中详细讨论)来确定他想要天线指向的位置，然后使用差异来决定如何处理电机。
对于我们这些主修控制工程的人来说，这并不奇怪(为什么，就是我)，这导致模型天线在它所期望的位置周围徘徊而没有稳定下来。齐克说，全尺寸天线的问题更加明显，它的惯性会导致它朝着预期的方向移动，超出预期的位置，开始自我校正，再次超出，然后……你可以看到它的走向。正是在这一点上，Eric向Zeke介绍了比例-积分-导数(PID)控制算法的概念，这就是他们现在使用的算法。
但等等，还有更多，因为Zeke和Eric建造的原始螺旋天线只有一个非常高的频率(VHF)绕组，在2米波段上与国际空间站通话。然而，事实证明国际空间站也有一个超高频(UHF)中继器，可以让其他人听到他们的对话(当齐克最终与国际空间站通话时，我打算自己这样做)。
作为其中的一部分，Zeke和Eric想知道在他们的天线上增加一个同轴的70cm的二次UHF绕组是否会干扰2米的主VHF绕组。为了评估这一点，他们转向了最先进的3D电磁(EM)仿真软件工具的形式Clarity 3D求解器从节奏。
使用Cadence Clarity模拟双螺旋绕组(来源:KJ7NLL)
结果表明，使用单螺旋线圈和双螺旋线圈之间的衰减非常小，这种衰减不会显著降低主信号。结果，Zeke和Eric添加了第二个螺旋，如上图左侧所示。
我很抱歉。我本来打算谈谈(有些人可能会说“胡扯”)齐克和埃里克用来跟踪卫星，特别是国际空间站的软件，以及他们是如何使用这些信息来控制他们的(现在是双螺旋)天线的，但我担心我被他们展示给我的所有其他东西带走了。我保证，软件将成为我下一个“天哪，我被齐克了!””专栏。在那一天到来之前，我一如既往地欢迎你们有见地的评论、有见地的问题和有见地的建议。
