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カテゴリー「無線(アンテナ)」の59件の記事

2017年5月21日 (日)

18MHz/24MHz V型フルサイズダイポールの作製

これまで18MHzや24MHzは、ダイヤモンドのHFV-5を改造した
短縮V型ダイポールを使ってきました。

このアンテナでもまあまあ遊べたのですが、
エレメント長が片側1.5m程度の短縮アンテナなので、
特に18MHzでの電波の飛び方に物足りなさを感じます。

アンテナを設置しているベランダは、幅が4m程度と狭いのですが、
何とかフルサイズのアンテナを設置できないかと考えてみました。

単にダイポールをV型にしてもエレメント長が足らないので、
先を折り曲げてM字型とすることにしました。

ダイポールなので、設計というほどのものではありませんが、
M字型に折り曲げたエレメントの長さを確認するのと、
給電インピーダンスの概算値を見積もるために、
MMANAを使ってシミュレーションしました。

18MHzのエレメントサイズはこちらです。

20170521_0005

V字部分のエレメントは、片側2.5mです。給電点から、1.5m突き出します。
そこから約1.8mほど折り返すことになります。


次に、24MHzのエレメントサイズです。

20170521_0006

V字部分のエレメントは18MHzと同じく2.5mで、折り返し部分は約0.5mとなります。


シミュレーション結果は、こちらになります。

18MHz
20170521_0007

24MHz
20170521_0008

ダイポールなので、指向性パターンはこんなもんでしょう。
地上高を2mで計算しましたので、給電インピーダンスはかなり低い値になっています。
ベランダの手すりに設置するので、実際もこれくらいの値になると思います。


いよいよアンテナの製作です。
バラン以外の材料は、全てホームセンターで揃えました。
エレメントは、ACコードを半分に裂いたものです。

20170521_0001


給電部は、自作の強制バランを使用しています。
プラスチックのまな板に取り付け、マストに固定するようにしています。
アンテナ自体が建物に近く、給電インピーダンスが約10Ω程度と低いので、
インピーダンスマッチングとしてヘアピンスタブを付けています。

20170521_0002


エレメントの先端側は、細い塩ビパイプ(VP13)に固定して、約1.5m突き出しています。
また、24MHzと18MHzを兼用できるよう、エレメントの途中で分割できるようにしています。

20170521_0003


ヘアピンスタブは、18MHz用と24MHz用の二種類を用意しました。

20170521_0004


さすがフルサイズダイポールです。
18MHzも24MHzも、調整後のVSWRはバンド内全域でほぼ1.0です。

受信も強く入感するようになったと感じます。
一方飛びの方ですが、24Mhzはそこそこ良い感じですが、18MHzは期待したほどではないように感じました。
ただ、HFV-5改よりはマシになっていると思います。

しばらくはこれで遊べそうです。

2017年4月 2日 (日)

430MHz 7エレ クワッドループアンテナの作製

430MHzの7エレメント クワッドループアンテナを作ってみましたので、紹介します。

一年ほど前から計画をしていて、材料集めなどは済んでいたのですが、ようやくこの週末完成しました。
今回ループアンテナを選んだ理由は、
 これまで1λループアンテナを使ったことがなく興味があったこと、
 自己平衡作用があるためバランが不要であること
 広帯域にしやすいこと
などです。


◆◆目標◆◆

430MHzは、これまで8エレ八木を使ってきました。
今回ループアンテナを作る目標として、8エレ八木からの改善点として以下の二つとしました。
①F/B比 20dB以上にすること
②広帯域化


◆◆設計◆◆

今回もMMANAの最適化 (Optimization) 機能を駆使して設計しました。
給電点のインピーダンスは、マッチング回路を不要としたいため、50Ω+0j を目標としました。
シミュレーション結果から得られた設計図は、こんな感じです。

20170402_0001

20170402_0002


Real Ground、地上高1mでのシミュレーション結果は下図のとおりです。

20170402_0003

Ga=14.68dB、F/B=24.21dB

ブーム長を1m以下に抑えたかったので、指向性はイマイチかもしれませんが、これで良しとしました。


◆◆材料◆◆

エレメントは、10mm幅×2mm厚のアルミフラットバーを、
ブームは、20mm角×1.5mm厚×1m長のアルミ角パイプを使いました。
エレメントクランプは、ポリエチレン製まな板から切り出して作ることにしました。
いずれもホームセンターで揃う物です。
給電点は同軸ケーブル直付けとしますので、5D2V 20cm程度と、メスのN型コネクタ(NJ-5X)を準備しました。


◆◆工作◆◆

430MHzともなると波長が短く、エレメント長もミリメートル単位できっちり作る必要があります。
エレメントも丁寧に採寸し、切断や穴開け位置、折り曲げも念入りに行ったつもりです。
(が、結構雑な仕事になってしまいました...)

エレメントクランプは、ポリエチレン製のまな板から削り出しました。
以前導体分岐バランを作製したときは、ポリエチレン板の加工に苦労しましたが、
いまはミニルーターや木工用ヤスリなどがあるので、比較的短時間に作業終了しました。

20170402_0004


エレメントクランプに皿ネジを埋め込み、エレメントをタッピングビスで取り付けて固定して完了です。

20170402_0005

取り付け部分は、短いアルミフラットバーで補強しました。
20170402_0006


◆◆調整◆◆

シミュレーション結果が正しいかどうか不安があったので、まずエレメントを仮止めしてVSWRを測ってみました。
その際、ラジエーターは調整しやすいように、最初はIV線で組みました。
若干ラジエーターの長さを僅かに調整(短く)しましたが、他のエレメントの長さや間隔はそのままでOKでした。
ラジエーター長が決まったところで、ブームに穴開けをして、エレメントを取り付けました。

20170402_0007

20170402_0008


給電点はこんな感じですが、まだ改善の余地はありそうです。

20170402_0009

クランプコアは最初入れていませんでしたが、ケーブルの引き回し方でVSWRが大きく変わるような
現象が起こっていましたので、ダメ元で入れてみました。
するとスッとそのような現象が治まり、ケーブルの引き回し方を変えてもVSWRが跳ね上がることはなくなりました。

恐らくコモンモード電流が影響して、悪さをしていたのでしょう。
クランプコアがフロートバランの働きをして、コモンモード電流を抑制してくれていると思います。
ループアンテナに自己平衡作用が有るとは言え、やはりバランは入れた方が良さそうです。
しかし、手持ちの適当なクランプコアが430MHzぐらい高い周波数でも効果的であるとは思ってませんでした。

VSWRは、430〜439MHzで概ね1.5以下と良好な結果でした。


◆◆使ってみて◆◆

かなりビームパターンが鋭いように感じました。
フロント方向の左右30°ぐらいのところが、凄く切れているように思えます。
59+20dBぐらいで入感している局が、30°ぐらい振るとカスカスになるぐらいに信号強度が落ちます。
シミュレーション結果でもそのようになっていますが、それに近い特性になっているのかもしれません。
バックもそこそこ落ちているように思います。

ただ、指向性が鋭いことは良いのですが、アンテナを方角固定で使うにはちょっと使いづらいものに
仕上がってしまったかもしれません。
しばらく様子を見てみたいと思います。

2017年3月19日 (日)

144MHz 5エレ八木を改良

三年近く144MHzの5エレ八木を使ってきました。
 過去の記事:144MHz 5エレ八木の製作
このアンテナでも、それなりに電波は飛んでくれていましたし、コンテストでも入賞することができました。
しかし、F/B比があまり良くないのと、指向性パターンにも若干違和感があります。
少しでも改善できないものかと思い立ち、MMANAを使って検討してみました。

◆◆改良のポイント◆◆

改良の目標としては、以下の2点です。

①F/B比の改善(F/B比 20dB以上に)
②広帯域化


◆◆再設計◆◆

MMANAの最適化 (Optimization) 機能を駆使して、設計し直しました。
今回も2X209Aのエレメントをそのまま流用するので、エレメント長は変えずに、エレメント間隔だけで調整します。
また広帯域化を図るため、設定条件でBand Settingも144.00〜145.00MHzとしました。
これでF/B比にややウエイトを置いて、最適化させました。
目標の給電点のインピーダンスは、これまで作ってきた6エレ八木や5エレ八木と同じ、約26Ωとしました。

色々試してみて、第1ディレクタに2X209AのD2(赤)を、第2ディレクタに2X209AのD3(橙)を、
第3ディレクタに2X209AのD6/D7(無色)を使うことで、割と良い結果が得られました。

それで、出来上がった寸法がこちらです。

20170319_0001

Real Ground、地上高2mでシミュレーション結果はこちらです。

20170319_0002

 Ga=11.41dB、F/B=23.41dB、Elev=9.6°

サイドローブが大きく出ていますが、アンテナの向きをほぼ固定で使いますので、
サイド方向が切れないのは不問とします。
エレメント間隔をもう少し広げたりしたら、もっとサイドローブを小さくすることができましたが、
ブーム長が2m以上になるので不採用としました。

ちなみに、これまで使ってきた5エレ八木のシミュレーション結果です。

20170319_0003

さらに、同じ条件で過去使ってきたアンテナと比較してみると、このようになります。

            Ga(dB)  F/B(dB)  Elev(°) 
ダイヤモンド5エレ八木  9.43   17.65    9.8
2X209A改造6エレ 11.74   19.46    9.5
2X209A改造5エレ 11.01   18.14    9.6
今回の改良版5エレ   11.41   23.41    9.6

このように、シミュレーション上ですが、F/B比を大幅に改善することができました。


◆◆アンテナの製作◆◆

ブームは以前作った6エレ八木のアルミ角パイプ (20mm×20mm×2000mm) を流用しました。
今回の5エレ八木で使わないネジ穴は、組み立て間違い防止のため、テープを巻いて目隠しをしました。
穴開け加工箇所が少なかったので、あっという間に作業は終了しました。
組み立てた状態では、こんな感じです。

20170319_0004


◆◆VSWR◆◆

シミュレーション結果の寸法でそのまま組み立てましたが、非常に良い結果が得られました。
144.00〜146.00MHzまで、VSWRは1.1以下です。
手持ちのSWR計では、反射電力の針が殆ど振れません。


◆◆使ってみて◆◆

飛びを試そうと、SSBで電波を出して何局かの方とQSOをしました。
ただ、以前の5エレ八木と比べて良くなったかというと、さほど実感はできませんでした。
フロントゲインはほとんど変わっていないので、仕方ないことかもしれません。
追々コンテストなどで感触が掴めるのではないかと思います。

広帯域になっただけでも、精神衛生上良くなったと思います。

2017年3月12日 (日)

50MHz用強制バランの製作 2

最近また50MHz用の強制バランをいろいろ試してみましたが、
ようやくまともな物を作ることができました。


◆◆フェライトコアについて◆◆

改訂新版[定本]トロイダル・コア活用百科に、50MHz用のバランには
フェライトコアの損失係数tanδが低い#67材が適していると書かれています。
予備でもう一つFT-114-67のフェライトコアを持っていましたので、
これを使うことにしました。
FT-140-67が手に入るのであれば、こちらの方がベターだと思います。


◆◆フェライトコアに巻く線について◆◆

フェライトコアにトリファイラ巻きする線についての考察は、
 バラン用巻線の特性インピーダンスを測定
 バラン用巻線の特性インピーダンス測定結果から考察
で行っています。
結論としては、ポリウレタン銅線(UEW)またはポリエステル銅線(PEW)を撚らずに
平行に並べた3線にする
と伝送線路としての特性インピーダンスが50Ωに近くなるので、
良好な結果が得られるということです。

ポイントは、線同士を軽く密着させた状態を保つということです。
線間に隙間ができると、特性インピーダンスが上がってしまいます。

色々考えましたが、1mm ポリウレタン銅線を平行に並べた3線をマスキングテープでグルグル巻きにして、
線同士を密着させた状態を維持させることにしました。

20170312_0001

平行3線の長さは、少し長めで35cmのものを準備しました。
平行3線へテープを巻く前に、ポリウレタン銅線を直線にする必要があります。
万力で銅線の片側を鋏み、軽く手で扱いた後にペンチで強く引っ張ってやります。
太い線ではなかなか力が要りますが、1mmの銅線ぐらいでしたら割ときれいな「直線」ができます。
これを曲げないように注意して3本を綺麗に並べ、ピタッと密着させながらテープを巻いていきます。

本来、グルグル巻きにするテープは薄くて柔軟性があり、かつ丈夫で耐湿性のあるものがベターです。
吸湿すると、水分で比誘電率が変わり、特性インピーダンスに影響を与えてしまう可能性があるからです。
マスキングテープは紙製なのであまりよろしくないですが、良いテープが手に入らなかったので、
仕方なく我慢することにしました。

なお、巻き線に同軸ケーブルを使った強制バランは、過去の記事
 50MHz用強制バランの製作
にて記載しています。


◆◆バランの作製◆◆

マスキングテープをグルグル巻きにした平行3線を、FT-114-67へ捩れないよう丁寧に巻いていきます。

20170312_0002

最初は改訂新版[定本]トロイダル・コア活用百科に書かれているとおり8回巻きで作ってみましたが、
50MHz専用であれば7回巻でも充分であろうと考え、後で一巻き解きました。
 FT-114-67のAL値は25なので、
  7回巻き:L=1.225μH ⇒ 50MHzでのリアクタンス=384.8Ω
  8回巻き:L=1.600μH ⇒ 50MHzでのリアクタンス=502.7Ω
 リアクタンスは、50Ωの5倍以上すなわち250Ω以上が必要。
 巻線長は短い方が良い。
  ⇒巻数は7回でも充分という結論

強制バランのVSWRを良くするための重要なポイントは、
大きな差動信号が通るメインパス(図の①と③)を、平行3線のうち必ず隣り合う線として使用する
ということです。

20170312_0003

すなわち、①と③で形成される伝送線路の特性インピーダンスを50Ωに近づけることにより、
強制バランのVSWRを良くすることができます。

あと、不平衡端(同軸コネクタ側)の処理は、なるべく短い配線にする必要があります。
また平衡端(アンテナ側)で①と②を接続する箇所も、フェライトコアに巻き終わった位置から
近いところにした方が良いと思います。
残りの配線は、アンテナエレメントの一部として動作します。


◆◆バランの特性(VSWR)◆◆

仮組み立てした強制バランの出力端に、51Ωの金属被膜抵抗を接続し、アンテナアナライザで
VSWRを測定してみました。

20170312_0004

VSWRはほぼ1.0でバッチリです。

20170312_0005

アンテナアナライザで純抵抗値 R を見ると、巻線の特性インピーダンスの状態が大体予想できます。

Rが50Ωより大きく表示されていたら、巻線の特性インピーダンスが50Ωより大きくなっているはずで
恐らく平行3線の線間に隙間ができているものと予想されます。
逆にRが50Ωより小さく表示されていたら、巻線の特性インピーダンスが50Ωより小さくなっているはずで、
撚り線ぽくなっているとか、線間に容量が付き過ぎているような状態になっていると予想されます。

(7〜8回巻きだと巻線長は30cm弱なので、短縮率を考えてもλ/4以上にはならず、
見かけのインピーダンスはひっくり返っていないはずです)


◆◆バランの特性(平衡度)◆◆

オシロスコープで、出力の波形振幅を確認してみました。
写真は、平衡側の+端およびー端の波形です。
オシロスコープのトリガーの関係で、同相になっているように見えますが、
ちゃんと+端とー端とで位相反転していることは確認済みです。

20170312_0006

20170312_0007

改訂新版[定本]トロイダル・コア活用百科 377ページの「バランの平衡度計 (1)」にある計算方法で、
 (123.0-120.2)/(123.0+120.2)×100=1.15%
すなわち、アイソレーションは、
 20log((123.0+120.2)/(123.0-120.2))=38.8dB
これは、改訂新版[定本]トロイダル・コア活用百科 371ページの[図9.15]を参考にすると、
まずまずの結果ではないかと思います。


◆◆まとめ◆◆

作ったバランをケースに収め、早速50MHzの2エレVビームアンテナに接続しました。
VSWRも変化することなく、特に問題なく動作しています。

20170312_0008


以前同軸ケーブル 2.5D2Vを巻いた強制バランを作りましたが、
それと特性的にはあまり変わらないのではないかと思います。
しかし、巻線に使った銅線を太くすることができますので、「銅損」による発熱が抑えられ、
耐電力の向上が図れたと思います。
一応、50MHz用強制バランはこれで完成ということで、一段落です。

HFハイバンド(21MHz以上程度)においても、強制バランの巻線を撚り線ではなく平行3線とすることは、
VSWR下げるために必要ではないかと思います。

2017年2月24日 (金)

バラン用巻線の特性インピーダンス測定結果から考察

先日3本撚り線や平行線などの特性インピーダンスを測定し、大体の傾向が掴めました。
それらの結果について色々と考えていたら、これまでやってきた事の辻褄が何となく合ってきたので、
自分の備忘録として書き留めておくことにします。

まず平行2線ですが、ポリエステル銅線で密着させて構成させた場合、
特性インピーダンスは50Ωに近いものになりました。

20170223_0001

図は密着平行2線の断面をイメージ化したもので、グレー部分が銅線、
黒線部分が被覆材のポリエステルやポリウレタンなどです。
被覆材を介して、2線が線(断面で見ると点)で接しています。
2線の接触部分において、線状のコンデンサが形成されているので、
平行二線の特性インピーダンスの式
  Z=277×log(2D/d)  D: 二線の間隔、d: 線径
で求められる値よりは低くなっており、たまたま50Ωぐらいになっていたと思われます。

2線を撚った場合も、上記とあまり変わらないのではないかと思います。
(下述のように、きつく捩ると別ですが)
なので、以前作ったフロートバランでは、巻き数が少し多かった(巻線長が長かった)
にもかかわらず、特にVSWRの悪化は気にならなかったのは、
2本撚り線の特性インピーダンスが50Ωに近かったからではないかと推測されます。


では、3線の場合はどうでしょうか。
密着させた平行3線だとこのようになります。

20170223_0002

これだと、着目している2線の特性インピーダンスに及ぼす影響は
殆ど無いのではと考えられます。


次に、3線を束ねたり、撚ったりした場合はどうでしょうか。

20170223_0003

このように、2線間のインピーダンスに対し、並列に別の特性インピーダンスが
加わるようになるのでは無いでしょうか。

単純に考えると、2線間の特性インピーダンスをzとすれば、
 z//2z=2z/3
となるのでないでしょうか。

密着平行2線の特性インピーダンスが50Ωに近い値でしたので、
上記で考えると、3本撚り線の特性インピーダンスは30Ωぐらいになりそうです。
これは、緩く捩った3本撚り線での結果に近い値です。


さらに、きつく捩った場合は、こんな風に(多少デフォルメしていますが)
それぞれの線同士が「線」ではなく「面」で接触しているのではないでしょうか。

20170223_0004

このような状態では、線間に形成されるコンデンサのキャパシタンスは増え、
その結果として特性インピーダンス
 z=√L/C
は減ることになります。
すなわち、3本撚り線の場合は、きつく捩れば捩るほど特性インピーダンスは
30Ωぐらいからさらに下がっていくと想像できます。


一方で、これらの撚り線を伝送線路としてみたとき、線間の絶縁体というのは
ポリエステルやポリウレタンであり、大気(空気)ではありません。
そうすると、伝送線路の短縮率というのも考慮する必要が出てくると思います。
伝送線路の短縮率Vpは、
 Vp=c/√(µs×εs)
で表されるそうです。

これらの場合は線、絶縁体などが非磁性体なので、比透磁率µsは1として考え、
ポリエステルとのポリウレタンの比誘電率εsは、それぞれ2.8~8.1、5.0~5.3
とのことなので、短縮率は0.59〜0.35、0.44〜0.43と算出されます。

50MHzのバランとして、巻線長が30cmぐらいなので、
短縮率を仮に0.4とすれば、巻線長は1/8λとなります。
波長に対して、巻線の電気的な長さが大きすぎます。
巻線の特性インピーダンスが50Ωからかけ離れていると、
VSWRに大きく影響することは容易に想像がつきます。

色々と書いてみましたが、HFローバンドだと波長に対する巻線長が短いので、
こんなに気にすることは無いのでしょう。

2017年2月19日 (日)

バラン用巻線の特性インピーダンスを測定

前から気になっていましたが、トロイダルコアに巻く撚り線(伝送線路)の
特性インピーダンスがどれぐらいかを実測してみました。

伝送線路のインピーダンスを測るには、いくつか方法があるようですが、
今回はJI0VWL局が紹介されている方法で、インダクタンスとキャパシタンスを測定し、
Z=√(L/C) から求めることにしました。
インダクタンスとキャパシタンスの測定は、アンテナアナライザを用いました。

まずは、測定系や測定方法の妥当性を検証するため、既知のインピーダンスを
持った伝送線路(同軸ケーブル)で測定しました。

20170219_0001

同軸ケーブルは3D2V、長さは約45cmです。
8MHz、21MHz、50MHzの3条件で測定しました。
  f (MHz)    8   21   50
  C (pF)     47   49   64
  L (µH)   0.142 0.137 0.170
  z (Ω)   54.96 52.88 51.53

3D2Vのキャパシタンスは、1mあたり約100pFですので、
8MHzや21MHzではキャパシタンスもそこそこ妥当な値が出ている思います。

同軸ケーブルが短いこともあり多少の誤差はありますが、
大まかな傾向は掴めると思いますので、取りあえず今回はこれで良しとします。


さて、3本撚り線を測っていきます。
8MHzでは、インダクタンスが低すぎて測定できませんでした。

①1.0mm ポリウレタン銅線(UEW) 3本撚り(軽め) 約45cm

20170219_0002

  f (MHz)   21   50
  C (pF)    106   167
  L (µH)  0.103 0.128
  z (Ω)   31.17 27.69


②1.0mm ポリウレタン銅線(UEW) 3本撚り(普通) 約45cm

20170219_0003

  f (MHz)   21   50
  C (pF)    109   169
  L (µH)  0.092 0.106
  z (Ω)   29.05 25.04


③1.0mm ポリウレタン銅線(UEW) 3本撚り(少し強め) 約45cm

  f (MHz)   21   50
  C (pF)    112   171
  L (µH)  0.072 0.079
  z (Ω)   25.35 21.49


これは意外でした!!
今までずっと、平行二線の特性インピーダンスの式
  Z=277×log(2D/d)  D: 二線の中心同士の間隔、d: 線径
から、D<d にはならないので、Zは83Ω程度以下にはならないものと思い込んでいました。

測定の精度は悪いかもしれませんが、特性インピーダンスとしては25〜30Ω程度と
かなり低いものとなっています。
線間のキャパシタンスが効いているのだと考えられます。
そうだとすると、銅線の被覆材の厚みや誘電率も影響してくるはずです.


では、被覆材の厚さや誘電率の違うポリエステル銅線(PEW)ではどうでしょうか。

④1.2mm ポリエステル銅線(PEW) 3本撚り(かなり強め) 約45cm

  f (MHz)   21   50
  C (pF)    146   300
  L (µH)  0.091 0.110
  z (Ω)   24.97 19.10

これまたかなり低い値です。
先日測ってみた値は、大間違いでした。雑にやると駄目ですね。


ここまでの結果から、撚り線をキツく捩れば捩るほどインピーダンスが下がり、
50Ωから離れていきます。
であれば、捩らなければ上手く行くのではという訳で、
ポリエステル銅線を平行に密着させたものを測ってみました。
仮止めとして、所々マスキングテープで固定しました。

⑤1.2mm ポリエステル銅線(PEW) 平行二線(密着) 約45cm

  f (MHz)   21   50
  C (pF)    50   63
  L (µH)  0.125 0.143
  z (Ω)   50.00 47.64

何とほぼ50Ωになりました。
3本目の線も添えてみましたが、ほぼ同等の結果になりました。

にわかに信じられないので、51Ωの抵抗をこの平行三線(のうち隣り合う二線)を通して
VSWRを測定してみると、1.1以下に収まっていました。
大丈夫そうです。

ただ、密着具合がちょっと変わると、インピーダンスが変わる(上がる)ので、
中々シビアです。


平行線でバランを巻いたら上手く行きそうに思いましたので、作ってみました。

20170219_0004


「トロイダル・コア活用百科」には、1本ずつ密着するように巻いていくと
上手く行くと書いていましたが、中々上手く密着させることができません。
仕方が無いので、ポリエステル銅線3本をマスキングテープでグルグル巻きにして固定し、
それを巻いてみました。後で所々、マスキングテープを剥きました。

VSWRは残念ながら、50MHz帯では1.3〜1.4程度でした。
マスキングテープを剥いたとき、密着具合が少し変わったかもしれないのと、
終端部分の処理でインピーダンスが暴れているのかもしれません。
しかし、これまで作ってきたポリエステル銅線やポリウレタン銅線を巻いたバランの中では、
かなりましなものです。

バランの負荷として付けた抵抗の中点を波形を見てみると、
同軸を巻いたものより半分以下のレベルになっており、
平衡度はより良いものになっていそうです。

バランを実用とするには、もう少し詰めが必要かと思いますので、
今回作製のものは採用せず、実験のみに留めることとしました。

2017年2月13日 (月)

50MHzのバランを作り替え

2エレV型ビームアンテナに使っている強制バランですが、
それを入れていたケース(ダイソーのタッパーウェア)が壊れて割れてしまったので、
プラスチックケースに交換しました。
ケースはABS製で、タカチのTW8-4-8Gです。

ケースの加工は苦手で、特にリーマーを使った穴開けはいつもガタガタになってしまいますが、
ヤスリなども駆使しながら何とか綺麗に仕上げることができました。

20170212_0001

アンテナ端子側は、ヘアピンの幅30mmに合わせて穴を開けました。


ケースの入れ替えついでに、バランも巻き直すことにしました。
トロイダルコアFT114-67を2個スタックにして6回巻にしてみましたが、
VSWRは問題なかったものの、巻き方が良くなかったのか平衡度が悪く、採用は諦めました。
結局元通りのFT114-67 1個で8回巻としました。

トロイダルコアに巻くのは、今回も2.5D2Vの同軸ケーブルと1mmのポリウレタン銅線です。
同軸ケーブルとポリウレタン線を沿わして巻くために、今回マスキングテープを使って固定してみました。

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トロイダルコアに巻いた仕上がりは、ちょっと汚らしいものになってしまいました。

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表側はこんな感じで、ヘアピンスタブも折り曲げること無く取り付けられます。

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今回波形写真を撮り忘れましたが、バランの特性としては前回作製のものとほぼ同等の感じでした。
(写真が無いと説得力がありませんが...)


ところで、強制バランの特性として、VSWRはまず気になります。
しかし、これはメインパスに同軸を使うことで割と簡単にクリアすることができます。
メインパスとは、下図の①と③の部分になります。

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それよりは平衡度の方が重要で、コアに巻く同軸と、それに添えて巻く線の特性を上手く揃えないと、
②と③で作られる差動信号がアンバランスになり、平衡度が崩れます。
ひいては同相電流が流れてしまうことにもなりかねません。

3本撚り線だとその点は有利なのでしょうが、特性インピーダンス的には不利です。
このあたりは、何度かバランを作っていて、難しいところに感じます。

ちなみに、1mmポリウレタン銅線で45cm長の3本撚り線を作り、片側の2線に48Ωの抵抗を接続し、
反対側からアンテナアナライザでVSWRを測ってみたら、50MHzでは2.0以上ありました。
周波数を下げていくと、20MHz程度でようやくVSWR=1.1程度になります。
やはり、3本撚り線の特性インピーダンスは50Ωにはなっていないことを再確認しました。
これでは、トロイダルコアに巻いたところで、50Ω用の強制バランとしては難しいですね。

皆さんは上手く強制バランを作っておられるようですが、
私が下手くそなのか、未だに中々満足できるような50MHzの強制バランができません。


2月16日追記
アンテナアナライザでインダクタンスとキャパシタンスを測ることができることを思い出し、
撚り線の特性インピーダンスが気になったので、ちょっと見てみました。
時間が無かったので、本当にザックリしか見ていませんが、
手元にあった1.2mmポリエステル銅線で3本撚り線を作り、試してみました。
 ①軽く撚った場合・・・・・100Ω強
 ②強めに撚った場合・・・・・90Ω程度
 ③電動ドライバが唸るぐらいきつく撚った場合・・・・・75Ω強

中々50Ωに近づけることができませんでした。
測定が雑すぎて間違った結果でした

ちなみに同軸ケーブル5D2Vで見てみたら、51Ωぐらいになりました。
週末に時間があれば、ちゃんと計り直してみたいと思います。

2016年10月30日 (日)

50MHz 2エレV型ビームアンテナの製作

この週末、久しぶりにアンテナ工作をしました。

以前、50MHz 2エレΣビームアンテナを作ったものの、
エレメントを折り返しているためベランダ内での取り回しが悪く、
その後あまり使わなくなってしまいました。

エレメントを折り返さないV型ビームアンテナだと取り回しは改善されるし、
ベランダから突き出ているエレメント部分の多い方が飛びも良いと思います。

最近はコンテストもシングルバンドで出ることが多く、
アンテナ同士の干渉も気にしなくてよいので、
取り急ぎ作ってみることにしました。


◆◆設計◆◆

設計はいつもどおり、MMANAを使用しました。
とにかく前へ電波を飛ばすためF/B比を優先することとしました。
ベランダに設置することを考慮し、
シミュレーションのGroundはRealの3mHとして合わせ込みました。

設計の手順としては、
 ①ラジエータ単体でエレメント長を調整。
  50.3MHzでリアクタンス分(jω)がゼロとなるよう追い込む。
 ②リフレクタを配置。
  エレメント長は一旦ラジエータの1.05倍程度とする。
  F/B比が最大となるよう、エレメント間隔を調整。
 ③F/B比を見ながら、リフレクタのエレメント長を調整。
 ④最後に50.3MHzでリアクタンス分がゼロとなるよう、ラジエータを微調整。

そんな感じで、
 ラジエータ長:1.434m
 リフレクタ長:1.513m
 エレメント間隔:1.050m
としました。

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◆◆材料集め◆◆

材料は、2エレΣビームアンテナを極力流用することとし、
不足するブーム(20mm角×1.5mm厚×2m長のアルミ角パイプ)と
継ぎ足し用のエレメント(10mm幅×2mm厚×2m長のアルミフラットバー)を
買い足しました。


◆◆工作◆◆

ホームセンターで打っているアルミフラットバーは表面加工されているため、
単に重ねても電気的に導通しません。
そのためエレメントの接続部分はアルミ表面がむき出しになるまで削りました。
さらに念のため、接続部に導電性グリースを塗布しました。

加工作業は土曜日の夜まで掛かったので、
日曜日の朝からアンテナアナライザを用いて調整に入りました。


◆◆調整◆◆

調整の手順もMMANAの設計時と同様に、
 ①ラジエータ単体でリアクタンス分がゼロとなるよう調整。
  純抵抗分は50Ωからほど遠くズレるが気にしない。
 ②リフレクタを設計値どおりに配置。
 ③リフレクタのエレメント長を調整。
 ④①と③を繰り返して、2エレの状態で50.3MHz付近でリアクタンス分をゼロに追い込む。
 ⑤インピーダンスマッチング回路とバランを付けて、インピーダンスを50Ω+0jΩ近くに持ってくる。
  若干ラジエータ長の調整が必要なので、微調整する。

最初、設計値よりエレメントを長めにして作りましたが、
継ぎ足し部分のエレメントを詰めていった結果、
ほぼ設計値どおりのエレメント長で落ち着きました。
MMANAは素晴らしい!!
給電点のインピーダンスマッチングは、ヘアピンスタブです。
バランは以前作った強制バランを使いました。

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◆◆リグに繋いでワッチ◆◆

完成したところでリグに接続。
SWRを見てみると、50.0〜50.5MHzでVSWR1.0とバッチリ。
比較のためアローラインも設置して、早々にバンド内をワッチ。
2エレV型ビームアンテナの方がノイズが強く、S7ほど振っています。
アローラインはS3ほどです。

バンド内をサーチしていると、
京都市内(フロントに近い方角)に移動している常連さんの
CQが強力に聞こえてきました。
2エレとアローラインを切り替えて比べてみると、
2エレの方がメーターで15〜20dBほど強いです。

一方で、JA2IGY(バックサイド方向だが、実際は建物の陰になっている)を聞いてみると、
アローラインだとS2〜3程度振るのに対して、2エレだとカスカスです。
また、兵庫県(これもバックサイド方向)に移動中の局では、
アローラインの方がS2ほど強く、ノイズが少ない分S/Nが良くて聞きやすいです。
2エレを回すとSが変わり、指向性を体感できます。
何となく、2エレのサイドが切れていることと、
アローラインは横方向に飛んでいるんだなということが実感できました。


◆◆ビームパターンの比較◆◆

そこで、シミュレーションで比較してみると、こんな風になりました。
まずは、2エレV型ビームアンテナ。
GroundがRealで3mHでのシミュレーション結果なので、
変なビームパターンになっています。
実はもっとサイドが切れる設計もできたのですが...

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次に、アローライン(水平設置)。
これも3mHでの結果です。

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2エレV型ビームアンテナは今回F/B比を最重視で作りました。
そのためF/S比はあまり良くないですが、アローラインと比べるとサイド方向は落ちています。
一方でアローラインは横方向に指向性があるし、打ち上げ角も高い。
まあワッチした結果と相違ないという感じです。


◆◆実際に運用◆◆

その後、JT65でJI3CJP局(滋賀県近江八幡市)とQSO。
アンテナを切り替えてデコードしてみると、
2エレの方がレポートで2〜3dB強いです。
アンテナ指向性と方角から考えて、まあ妥当な結果です。

また、夕方には、
 JG3AJX(京都市山科区)
 JE3TJS(京都市中京区)
 JG3GNU(京都市左京区)
の各局とSSBでQSO。
皆様にご協力いただき、QSOの途中でアンテナを切り替えてレポートをいただきました。
概ね2エレV型ビームアンテナの方が、4〜20dB強いとのことでした。
各局ともアンテナに対してフロント方向なので、
やっぱり妥当な結果だと思われます。


◆◆使ってみた感想◆◆

基本的にアンテナは北向け固定となるため、
北西〜北東方向は2エレが有利なようですが、
サイドからバック方向(実際は建物の陰になってしまう)
となる大阪府や兵庫県などは、アローラインが優勢のようです。
2エレを回せる方向は限られているので、コンテストなどでは、
使い分けが必要だと思いました。
夏のEsなんかだと、2エレの方が良さそうです。

フロント方向だけですが、
2エレV型ビームアンテナの電波がアローラインより良好
ということが送受信で実感できたので、
今回の2エレV型ビームアンテナはまずまず成功だったと思います。

2014年6月28日 (土)

144MHz 5エレ八木の製作

144MHzのアンテナは、一年半ほど6エレ八木を使ってきました。
しかしブーム長が2mあり、マンションの狭いベランダに設置するには少々大きく、
かつ通路からも目立ちやすいので、5エレにスペックダウンすることにしました。

(追記)
F/B比を大幅に改善した5エレ八木の製作記事はこちらです。
144MHz 5エレ八木を改良


以前430MHzのアンテナを12エレ(ブーム長2m)から8エレ(ブーム長1m)へと
小型化しましたが、特に飛びが悪くなったとは感じませんでした。
144MHzも同じ考えで、アンテナを回さないのであれば、ビームパターンが
ブロードな方が良いと思われます。

アンテナの設計はMMANAを使い、6エレと同じ給電インピーダンスとなるように、
ビームパターンとF/B比を見ながら、カットアンドトライでエレメント間隔を調整しました。


エレメントは、クリエート社製 2X209AのRef(黒), Rad, D1(茶), D2(赤), D3(橙)をそのまま利用。
エレメント間隔は下図のとおりで、ブーム長は、約1.45mとなりました。

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シミュレーション結果は、下図のとおりです。
上が今まで使っていた6エレ八木、下が今回設計した5エレ八木のシミュレーション結果

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シミュレーション結果では、Ga=10.52dBi、F/B=18.04dBでした。


ブームにエレメントを仮止めし、アンテナアナライザてVSWRを測定すると、144.2MHz付近で1.1程度。
室内でかつ手持ちで測定した結果ですが、ほぼシミュレーションどおりだったので、エレメント間隔を
再調整することなく、そのままネジ止めして固定することにしました。

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出来上がったアンテナをマストに取り付け、VSWRを再測定。
144.8MHz付近で約1.1、144MHz付近では1.2〜1.3程度です。まあこれでOKです。

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飛びを試したく、CWでCQを出してみましたが、中々交信相手が見つかりません。
ようやく奈良の方と1QSOできましたが、今までの飛び具合と変わらない感じでした。
また、明日も少しQSOにトライしてみようと思います。

2014年2月 8日 (土)

144MHzのリグ、アンテナは問題なかった

先週末に参加した京都コンテストで、144MHzが30Wぐらいしか出ないという
トラブルが発生しましたが、気になっていたので今朝再確認しました。

今朝は雪の降る厳しい寒さですが、悴む手で144MHzのアンテナを組み立て、
リグをセットして確認してみました。

基本的なことですが、リグの出力調整メニューで50Wになっているのは、
先週の運用時に確認済みです。

まずは、先週使用したものと別の同軸ケーブルで、

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ALCもいつも程度の振れで、パワーも50Wぐらい出ていそうです。


次に、先週使用した同軸ケーブルとの組み合わせでは、

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先ほどと、変わりません。問題ないようです。


ついでにSWR計を繋いで測ってみました。

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VSWRはわかりにくいですが、1.2〜1.3です。
パワーも50Wを僅かに切るぐらい出ており、何ら問題無さそうです。


では、先週のトラブルは何だったのだろうか。
アンテナの組み立てミス?、コネクタの緩み?、・・・
原因不明ですが、リグ、アンテナとも問題なしなので、安心しました。
ただ、再発しないかどうかは、しばらくウォッチしないとあきません。

今回のコンテストはSSB主体で運用しており、通常でもパワーメーターの振れは
鈍く、気づくのが遅れました。CWで送信してはじめて気づきましたが、
コンテスト開始前に確認しておくべきだったことが、反省点です。

より以前の記事一覧