Самодельное поворотное устройство для антенны

19 августа 2026

Недавно мы научились управлять шаговым двигателем при помощи микроконтроллера. Опираясь на полученные знания, я разработал поворотное устройство для антенны. Сразу уточню, что под антенной понимаются не огромная Уда-Яги на 20 метров, а небольшая СВЧ-антенна.

Поворотное устройство выглядит так:

Самодельное поворотное устройство (ротатор) для антенны

Большая его часть напечатана на 3D-принтере. При печати всех деталей использовались стенки толщиной 1.6 мм и гироидное заполнение плотностью 30%. Исходники для OpenSCAD и файлы STL можно скачать здесь. Также применены покупные компоненты. Вот их список [PDF]. Прошивку для микроконтроллера вместе с исходниками вы найдете в этом архиве.

Устройство проектировалось под антенны на частоты 1.5+ ГГц и весом менее 1 кг, вроде спиральной антенны. Диапазон наведения составляет 0°..360° по азимуту и 0°..180° по элевации (углу места).

Антенна крепится к трубке из нержавеющей стали диаметром 8 мм. Трубка держится горизонтально на подшипниках KFL08. Это ось элевации. Для ее вращения использованы: напечатанный на 3D-принтере зубчатый шкив со 100 зубьями, ремень GT2-6, а также покупной зубчатый шкив с 20 зубьями. Длина ремня подбирается так, чтобы шкив надевался на вал ШД с хорошим натяжением. Передаточное отношение равно 5, что увеличивает крутящий момент.

Fun fact! Шкивы используются в ременной передаче, а шестерни – в зубчатой. Важно их не путать.

Основание представляет собой большой упорный подшипник. Вот его нижняя часть:

Напечатанный на 3D-принтере упорный подшипник

Шары диаметром 8 мм помещены в V-образную канавку. Между шарами должен быть зазор, как показано на фото. Без зазора работать не будет. Из подходящих смазок в запасах нашлась СИ-180. Кажется, ее больше не производят, но есть похожие. Например, силиконовая смазка с фторопластом от Rexant.

Вал ШД крепится к нижней половине основания при помощи винта M3. Последний вкручивается во вплавляемую втулку. На винт необходимо нанести фиксатор резьбы средней прочности, Loctite 243 или аналогичный. Иначе винт будет постоянно выкручиваться, я проверял. Были опасения, что при прямом соединении ШД может не хватить крутящего момента. Однако схема оказалась рабочей.

Электроника размещена снаружи, что обеспечивает хорошее охлаждение и удобный доступ. Компоненты те же, что перечислены в посте Микроконтроллеры STM32: управление шаговым двигателем. Все платы закреплены на двухстороннем скотче.

Управление происходит по UART. Он выведен на пины PB10 и PB11 (TX, RX) платы Blue Pill. Работа с UART реализована на прерываниях. Обработка команд и работа с ШД почти независимы, если не считать нескольких volatile переменных. Они общие для всего кода.

Для подключения по UART я использую USB-UART конвертер на базе PL2303 и программу minicom:

$ minicom -D /dev/ttyUSB0 -b 9600

Echo-режим включается сочетанием Ctrl+A, E. Выход из программы – Ctrl+A, X. Обработка Backspace не реализована ни в minicom, ни в прошивке. В случае опечатки всю команду нужно вводить заново.

Для получения справки по командам вводим help или ?, жмем Enter:

Commands:
  get current
  set current <az> <el>
  get target
  set target <az> <el>
  get shortpath
  set shortpath [on|off]
  help, ?

Сurrent – это текущее положение поворотки. После включения считается, что азимут и элевация равны 0°. Если они другие, то нужно сообщить об этом командой set current. Target – это целевое положение. Помним, что наведение происходит не моментально. После set target за изменением положения можно следить через get current.

Наконец, shortpath разрешает или запрещает проход через 0° по азимуту. Обычно это нежелательно, ведь провода питания и UART'а могут намотаться на поворотку. Однако ничто не мешает разместить Li-Ion аккумулятор и одноплатник с Linux на самой поворотке. Тогда наматывание исключено, и нет причин не проходить через 0°, если это сокращает путь. По умолчанию shortpath выключен.

Поворотное устройство было протестировано с хеликоном на 2.4 ГГц. Вес нагрузки составил 545 г. Команды обрабатываются корректно. Шаговые двигатели шагов не пропускают. Конструкция не прогибается. Выглядит так, как если бы все работало.

Ротатор может быть использован для приема сигналов со спутников низкой околоземной орбиты. Также с его помощью можно измерять диаграммы направленности антенн, искать направление к источнику неизвестного сигнала и так далее.