FPVドローンの合法ロングレンジ TM-18 920MHz RFとSFHSS 2.4GHzで飛距離を比較してみた

横田です。
ついに、ついに、、、
待ちに待ったFPVドローンの合法運用でロングレンジができる日がやってきました。

Futaba社から販売されている「TM-18 920MHz RF」はその名の通り920MHzと低い周波数を使っているため、通常のコントローラーが使う2.4GHzよりも（同条件であれば）遠くまで電波の送受信ができるという特性があります。

今回は、YDL補講日（と言ってもめちゃめちゃ皆練習したり、機体直したりしまくっている）に、Futabaの920MHzと2.4GHz でどれくらい飛距離が変わるのかを実験・テストしてみました。

ロングレンジ比較前提条件
アンテナの取り付け方は【縦横90度】
いざ、FPVドローンロングレンジ比較！
高い周波数と低い周波数で何が違う？
なぜ、920MHzより2400MHzのほうが距離が出たのか？

ロングレンジ比較前提条件

まずは、今回使うセットアップについてです。基本的に受信機と送信機（プロポ）以外は同一条件を可能な限り保ってテストしています。

◯利用機体：GEPRC CineRun（一番好きな３インチ、超軽快でデジタルFPV機に最高です）
◯利用プロポ：FUTABA 18SZ（ジンバルが最高、なんでみんな16IZ選ぶのか不思議）
◯920MHz仕様：Futaba 18SZ（CRSF ON）にTM-18モジュール取り付け、受信機はR9001
◯2.4GHz仕様：Futaba 18SZ（SFHSS）、受信機はR2000SBM

アンテナの取り付け方は【縦横90度】

公式マニュアルを見ると、アンテナを取り付ける際にいくつか注意事項があります。

2 つのアンテナ（先端 30 mm) がお互いに90 度の位置関係になるように搭載する。

アンテナ部分（先端 30 mm) は完全に機体の外側に出すこと。外側に出したアンテナ部がフライト中に風圧等で機体内部に戻らないよう注意してください。アンテナがカーボン胴体内にあると受信状況が悪化し操作不能になります。
Futaba / R2000SBM取扱説明書.pdf

TM-18の取扱説明書にも同様に注意点が書かれているので最終的には遵守してアンテナを設置しました。

アンテナの搭載の仕方は、上記の写真の赤い熱収縮チューブのように、受信機から出ているアンテナ2本のうち、

・水平0度の位置で右横に突き出すように1本
・水平90度の位置で上に突き出すように1本

という配置を行いました。アンテナがふらつかないように、結束バンドなどを利用してまっすぐにアンテナが伸びるように補強しています。さて、準備は整いました。

いざ、FPVドローンロングレンジ比較！

今回は建物の中から、外まで出てどこまでいけるかをテストフライトしました。
途中でロストになっても機体が損傷しないよう、またどこかに飛んでいってしまわないように、BETAFLIGHTでフェールセーフ設定を「Landing」に変えることで、プロポとの通信が切れても、ゆっくりと地面に着陸する設定にした上で検証スタートです。

まずは、2.4GHzのSFHSSからです。
軽快にキビキビとフライトして、敷地のギリギリまで一気にいくことができました。通信が切れそうになるときは、必ず前兆があり、コントロールが遅延したりカクツキが起こります。距離にして100mほどまで行けましたが、遮蔽物が多くなってきた段階でロストとなり緊急着陸となりました。

次に、920MHzのCRSFです。
最初に飛ばした瞬間はさほど問題を感じませんでしたが、数十メートル進むと「なんか遅い」。とりあえず安全マージンを取りつつ、2.4GHZとおなじルートを通り進みますが、やはり遅いし、もたつく。困ったなぁと思ったら、先程の半分を超えた60mあたりでカクツキが出て、その直後にランディングとなってしまいました。

結果、2.4GHzの圧勝…！！

いや、おかしい。
おかしいんですよ、この結果は。

高い周波数と低い周波数で何が違う？

YDLの講座では、当然ながら周波数ごとの特性の違いを解説しています。周波数だけではなく、Refresh Rateや出力の違いで電波の到達距離がどう変わるか、立ち位置やアンテナの向き・角度でどのように飛行距離が変わるかも、実戦形式で撮影をしながら学んでいただきます。

僕は講座ではよく「FMラジオ」と「5G」の話をします。
関東圏の人なら一度は聞いたことがあるだろう『J-WAVE』は 81.3MHzのFMラジオ番組です。スカイツリーのアンテナから電波を出して、可聴エリア人口がなんと4300万人と超広範囲に電波が行き届いています。一方、近年4GLTEの次世代として5Gが都心部を中心に使えるようになってきました。

「第5世代移動通信システム（5G）の技術的条件」2では、3.7GHz帯（3.6～4.2GHz）、4.5GHz帯（4.4～4.9GHz）及び28GHz帯（27.0～29.5GHz）を5G用周波数として使用する
総務省 / 5G用周波数の具体化と技術的条件の策定

5Gは最も高い周波数で29.5GHzの超高周波を使った通信システムです。よく言われるのは「動画が高速通信になる！」というものです。J-WAVEの周波数の単位がMHzなので、同じ単位に合わせると、数値だけで見ると400倍ほどです。

・J-WAVE FM radio：81.3MHz
・5Gの最も高い周波数：29,500MHz

では、低い周波数と高い周波数でどんな特性があるのでしょうか？
ラジオと5Gの例を上述しているので、おわかりの人がほとんどだとは思いますが、

・低い周波数は、伝送できる情報量が少ないが、電波が回り込みやすく遠くまで届きやすい
・高い周波数は、伝送できる情報量は多いが、電波の直進性が高く距離がでにくい

という特性があります。ラジオのように音声だけで情報量は少なく、広範囲の世帯に届けたい場合に低い周波数帯を使うのには理由があるわけです。反対に5Gになると大きな伝送もできるようになるので、「動画がさくさくとダウンロードできる！」ようになる可能性はありますが、距離が遠くまで届かないため、電波を出すアンテナや基地局・中継機をたくさん設置する必要があります。つまり物理的なアンテナを大量に設置しないといけないわけです。

なぜ、920MHzより2400MHzのほうが距離が出たのか？

上記のロジックが正しいなら、920MHzの機体の方が遠くに飛ぶはずですよね？？
僕ら、全員がそう考え、今回の結果に愕然としました。テストした結果、2.4GHzの電波のほうがよく飛んだんです…。

しかも、明らかに920MHzでのコントロール時のレスポンスが悪くなるのです。これにはリフレッシュレートも絡んでいるかもしれません。他社のロングレンジ仕様のモジュールだと、通常は150Hzのリフレッシュレートを、遠くまで飛ばしている時は動的にRefresh Rateを50Hzまで下げる動きを自動的に行う機能があります。その結果、レスポンスが悪くなるかわりに距離を稼ぐわけです。

周波数も低く、リフレッシュレートも低いのに、なぜ2.4GHzよりも遠くまで飛ばないのか…。本当にわからないです。まだ調査しきれていないのは、電波出力の値（おそらく10mW）がどうなっているのか、という点ですが、仮にそれがわかったところで設定変更できるわけでもなく、なにか代替策を講じてテストすることがなくなってしまいましたので、これにて実験第一フェーズは終了となりました。

残る可能性として、FDLS-１をつかったデュアルRXリンクシステムも再度チャレンジしてみようと思いますが、その仕組みで本当にいけるのかが疑問。2つの受信機をメイン（2.4GHz）とサブ（920MHz）で接続して、メインが切れたらサブに切り替わるようなんだけど、そもそも920MHzの方が距離がでないのに果たして効果があるのか…。一応このあと、メーカーさんにも確認したりして、ぜひ使えるように調整していきたいなと思います。

結論としては、メーカー推奨のアンテナ90度でしっかり設置したSFHSSの2.4GHzは強い！です。
今回の実験内容や実際の飛行映像などはこちらからご確認ください。