HFV5のバランの中身を見てみました

以前から気になっていたので、
HFV5に付属しているバランの中身を見てみました。
単品販売の型名だとBU55に相当するようです。
(HFV5の取扱説明書 1頁 「●特長」項に記載がありました)

---

裏側のネジ3本を外し、精密ドライバで蓋をこじると開いて、中身を確認できます。
蓋とコアはグルーで接着されているため、やや開けにくい印象でした。

大型のメガネ型フェライトコアに、トリファイラ線を2回ほど巻いているように見えます。
トリファイラ線はφ1mm程度のポリエステル被覆電線と思われます。

2回巻程度でHFローバンドにも対応するインダクタンスを得るため、
フェライトコアは#43材のような高透磁率材を使用しているものと思われます。

リグ側（不平衡側）は2.5D2Vのような細い同軸で配線されています。
一方、アンテナ側（平衡側）にはインピーダンス補正のためと思われる
セラミックコンデンサが並列接続されています。

---

BU55の仕様は以下の通りです。
　・周波数：3〜75MHz
　・インピーダンス：50Ω（1:1）
　・耐入力：500W（PEP）
　・接栓：M-J
（メーカー製品説明より）

この構造で耐入力500W（PEP）はどうなのでしょうか。
トリファイラ線や同軸ケーブル配線の太さ、インピーダンス補正用のコンデンサのサイズを見る限り、
余裕がある設計には見えず、配線やフェライトコアの発熱、コンデンサの耐電圧の観点からも、
余裕に欠ける設計に見えます。

メーカー製バランということで、しっかりした作りを（半分）期待していましたが、
中身を見てみると、100Wで使用することを考えても、かなり心許ないという印象でした。
(特に、インピーダンス補正用コンデンサの耐圧)

このあたりは、いずれ自作も含めて検討してみたいところです。

HFV-5の調整エレメント長 改定版 (18MHz帯、21MHz帯、24MHz帯、28MHz帯)

先日、HFV5の21MHz帯と28MHz帯のエレメント構成を変更しました。
そこで改めて備忘録として、調整エレメント長をまとめ直しておこうと思います。

---

まず、前提条件を整理します。
・調整エレメント長の定義
　HFV-5の短縮コイルユニットの先に取り付けるエレメントの長さとします。
　（HFV-5の取扱説明書にも記載されています）
・モノバンド仕様
　主エレメントの先に取り付ける短縮コイル＋先端エレメントは1系統のみとします。
・インピーダンスマッチング回路
　ヘアピンスタブを使用することを前提とします。

周波数帯 [MHz]	ターゲット周波数 [MHz]	短縮コイル ユニット	先端エレメント長 [cm]	エレメント調整感度 [kHz/cm]	ヘアピンスタブ
18	18.10	21MHz用	35.5	約140	3cm幅、26.1cm長
21	21.10		17.5	(※) 約200
		28MHz用	41.7	約150
24	24.90		20.1	約250
			20.5		3cm幅、19.5cm長
28	28.10		9.0	(※) 約340
		50MHz用	100	約90	3cm幅、26.1cm長

(※) HFV-5 取扱説明書の値を引用

HFV5 21 MHz 帯用エレメント改造

HFV5の28MHz 用短縮コイルの先端に41.7cmのエレメントを取り付けることで、
21MHz帯用アンテナとして動作させることができ、わずかながら広帯域化も実現しました。

リグ内蔵のSWR計で測定した周波数特性は、下図のとおりです。

国内コンテストのCW帯域やFT8の周波数は、VSWR≒1でカバーできています。
FT4の周波数についても、実用的なレベルでカバーできそうです。

飛びについては、21MHz用の短縮コイルを使用したオリジナルサイズとほぼ変わらないでしょう。

---

2012年6月10日の記事「HFV5 でやってみたかったこと」で最後にやり残していた、
「28MHz帯用の短縮コイルを21MHz帯のアンテナに使用する」がありましたので、
先週の土曜日、オールJAコンテストの前に実験を行ってみました。

過去の実験結果より、28MHz帯用の短縮コイルを用いた場合、
28MHz帯および24MHz帯で同調する先端エレメントの長さは、
それぞれ9.0cm、20.5cmでした。
その結果を基に、37cm程度と見当を付けました。
最初は少し長めが良いと考え、先端エレメントの長さを40cmから始めました。
なお、今回は最初から、幅3cm、長さ26.1cmのヘアピンスタブを取り付けて測定します。

40cmの結果は下図のとおりです。

リアクタンス成分が0Ωで、VSWRが極小となる周波数は21.43MHz付近で、
やや同調点が高めです。

次に、先端エレメントの長さを少し伸ばし、41.7cmに設定しました。
(42cmに設定したつもりでしたが、後できちんと測定すると、実際には41.7cmでした)
41.7cmでの結果は、下図のとおりです。

リアクタンス成分が0Ωとなる周波数は21.19MHz付近で、
VSWRが極小となる周波数は21.24MHz付近です。
かなり良いところまできました。

さらに先端エレメントの長さを少し伸ばし、43cmに設定しました。
43cmでの結果は、下図のとおりです。
リアクタンス成分が0Ωとなる周波数は21MHzより低くなってしまいました。
先端エレメントをどうやら伸ばしすぎたようです。

先端エレメントの長さを少し戻し、42.5cmに設定しました。
42.5cmでの結果は、下図のとおりです。
リアクタンス成分が0Ωとなる周波数は21.03MHz付近で、
VSWRが極小となる周波数は21.06MHz付近です。
CWやFT8中心の運用であれば、実用上はこの設定で良さそうです。

参考までに、21MHz帯用の短縮コイルを使用したオリジナル設定でも測定してみました。
わずかですが、VSWRの下がる帯域に差があることが分かります。

ところが、リグのSWR計で測定すると、
先端エレメントが42.5cmではVSWRの極小となる周波数が21MHzより低くなってしまいました。
41.7cmでちょうど良い状態となり、冒頭で示した特性になりました。
ということで、最終的に先端エレメントの長さは41.7cmで落ち着きました。

若干帯域が広がり精神衛生上よくなったこと、
そしてやってみたかったことを達成できたという、
単なる自己満足に過ぎません。

---

「HFV5 でやってみたかったこと」は、ようやくこれですべて完結しました。
足かけ約14年と、長い時間が掛かりました。

HFV5 28 MHz 帯用エレメント改造

HFV5 の 50 MHz 用短縮コイルの先端に 100 cm のエレメントを取り付けることで、
28 MHz 帯用アンテナとして動作させることができ、広帯域化を実現しました。
エレメントの全長は、片側で約 2 m、約 75 % の短縮となります。

リグ内蔵のSWR計で測定した周波数特性は、下図のとおりです。

CWやデジタルモードはもちろん、SSBの低い周波数帯まで
VSWR ≒ 1でカバーできています。
さらにエレメントを数cm短くすれば、FMまでは厳しいかもしれませんが、
28〜29MHz付近を実用的なレベルでカバーできそうです。

飛びはと言うと、所詮ダイポールなので、それなりにという感じです。

---

約1年前、「HFV5 28MHz帯用エレメント改造計画」として検討を進めていました。
しかし、エレメントに使用しているφ1.5 mm のステンレスバネ線を 100 cm も
延ばすと先端が垂れ下がり、とても見栄えの良いものではありませんでした。
その後、エレメントに竹ひごを添えるなど、さまざまな方法を試しましたが、
なかなかうまくいかず、棚上げにしたまま1年が経ってしまいました。

今回は、φ1.5 mmのステンレスバネ線に、φ3 mm・肉厚 0.5 mm のステンレスパイプ (100 cm)
を被せて補強することにしました。

φ1.5 mm のステンレスバネ線と、φ3 mm・肉厚 0.5 mm のステンレスパイプ（いずれも100 cm）
を、それぞれ2本ずつ用意しました。
ややスカスカ感はありますが、公差を考慮するとこの程度がちょうど良いと考えられます。

50MHz帯用の短縮コイルにφ1.5mmのステンレスバネ線を差し込み、
その上からφ3mm・肉厚0.5mmのステンレスパイプを被せました。
補強のため、短縮コイルとステンレスパイプは接着剤で固定しました。

接着剤には「メタルロック」を使用しました。
金属同士を強力に接着できる製品とのことです。

接着剤の硬化後、接続部分の上から導電性アルミテープを巻きました。

さらにその上から自己融着テープおよびビニールテープを巻き、
防水処理を兼ねて補強をしました。

HFV5のエレメントを組み上げて設置すると、このようになりました。
若干の垂れ下がりはあるものの、見栄えはかなり改善されました。

まずは、給電点にヘアピンスタブを付けない (インピーダンス整合を行わない) 状態で
NanoVNA を用いてアンテナ特性を測定してみました。
まあまあ、良い結果が得られています。

次に、18MHz帯や21MHz帯などで使用している、幅3cm・長さ26.1cmのヘアピンスタブを取り付けてみます。
これでかなり改善されました。
この状態でリグ内蔵のSWR計で測定した結果が、冒頭のグラフになります。

参考までに、28 MHz 帯用の短縮コイルを用いたオリジナル状態でも測定してみました。
帯域の差が良く分かります

---

2012年6月10日の記事「HFV5 でやってみたかったこと」で思い立ってから約14年、
ようやくこれですべて完結したことになります。
28 MHz 帯用の短縮コイルは、24 MHz 帯のアンテナ用として固定できるようになりました。
記事を見返してみると、
「28 MHz 帯用の短縮コイルを21 MHz 帯のアンテナに使用」
と書いてましたので、これが残っています。
近いうちに試してみようと思います。

長い時間が掛かりました。

HFV5 28 MHz 帯用エレメント改造計画

HFV5 の 50 MHz 帯用コイルに、約 110 cm のエレメントを足して、
28 MHz 帯用にしようという計画です。

この週末に実験して、ある程度目処は立ちましたが、
いろいろと改善すべき点があるので、引き続き進めていきます。

---

当局の HFV5 は、18 MHz 帯、21 MHz 帯、24 MHz 帯、28 MHz 帯の
4 バンドでしか使用していません。
50 MHz 帯用のコイルは遊休部品となっているので、
28 MHz 帯用のコイルは、24 MHz 帯用のエレメント専用として固定し、
代わりに余っている 50 MHz 帯用のコイルを 28 MHz 用として活用する
ということで進めました。

だいぶ昔に、50 MHz 帯用のコイルに約 108 cm のエレメントをつければ、
28 MHz 帯に同調することを確認していました。
たぶん、100 cm 以上のエレメント材を入手することが容易ではなかったため、
そのまま放置していたのだと思います。

今回は、100 cm のエレメント材に 10 cm 程度継ぎ足すことにしました。
使ったエレメント材は、Eggs ステンレスバネ線 1.5 × 100 cm です。
ネットショッピングで購入しました。
エレメントの継ぎ足しは、圧着スリーブ B-1.25 を使いました。

今回の実験結果としては、50 MHz 帯用コイルに約 110 cm のエレメントを
付けると、28 MHz 帯の CW / Digital あたりで VSWR が最小となった、
ということです。
ただし、いくつか改善すべき課題があります。

まず、エレメントの垂れ下がりです。
エレメントがステンレス材とはいえ、1.5 mm Φで 110 cm もあると、
先端はかなり垂れ下がって湾曲します。
見栄えも悪いです (見栄えが悪いので、写真も撮りませんでした)。

あと、VSWR が 1.0 : 1 まで追い込めなかったことです。
アンテナアナライザーで測定して、リアクタンスが 0 Ωとなるところが見つかりませんでした。
あと、純抵抗分が何故か 80 Ω程度になっていました。
(28 MHz 用のコイルを使用したら、純抵抗分は 30 Ω前後)
アンテナの垂れ下がりも影響しているでしょうが、もう少し確認が必要に思いました。

少しだけ運用しましたが、電波の飛びは今までと大差なしの感じです。
ただ、短縮率が低くなるため、VSWR の下がる周波数が広くなる (帯域が拡がる) という
安心感は得られると思いました。

この週末は適当に実験しただけなので、追々改善していきたいです。

アンテナの利得に関する勘違い

ネットとかを見ていると、たとえば、
「アンテナの利得が 10 dB あるので、10 W が 100 W になる」
といったような表現をときどき見かけることがありますが、
私はこれに違和感を覚えます。

---

アンテナは能動素子ではありませんので、ブースターなどを内蔵していない限り、
アンテナで電波の電力が増幅されることはありません。

上記の例でいうと、アンテナの利得 (大抵は相対利得で定義されている) が 10dB ならば、
基準となるアンテナ (大抵は半波長ダイポール) を使った時と比べて、
受信点での受信電力が 10 dB (10 倍) になるということです。
すなわち、ダイポールで 100 W 出力したときと同じ受信電力 (同じ効果) が得られる
というふうに理解すべきだと考えます。

アンテナに供給される電力 (エネルギー) を、
如何に指向性方向に集中させて強く届けるかということだと思います。

敢えて例えるとすれば、
スプリンクラーのように全方向に散水するのと、
消火ホースのように先端が細くなったもので方向を定め集中して放水するのとであれば、
同じ供給水量でも後者の方がある目的点に対し、より効率よく遠くへ多くの水を送り込むことができる
という感じでしょうか。

---

アンテナの利得は、基準とするアンテナを何にするかで、
値が変わってきます。

HFV-5 の調整エレメント長 (18 MHz 帯、21 MHz 帯、24 MHz 帯、28 MHz 帯)

いちおうノートにはメモってあるのですが、
ノート自身がぐちゃぐちゃで情報があちこちバラバラに書かれており、
毎回どこに書いてあるのかを見つけるのが面倒くさいので、
備忘録としてまとめておこうと思います。
(実際の検討は、ブログを書き始めた 11 年ほど前に行っています)

---

・調整エレメント長の定義は、HFV-5 の短縮コイルユニットの先に付けるエレメントの長さ。
　(HFV-5 の取扱説明書にも記載されています)

・モノバンド仕様 (主エレメントの先に付ける短縮コイル＋先端エレメントは一つ)

・インピーダンスマッチング回路 (ヘアピンスタブ) を付けることが前提

周波数帯 [MHz]	ターゲット周波数 [MHz]	短縮コイル ユニット	先端エレメント長 [cm]	エレメント調整感度 [kHz/cm]	ヘアピンスタブ
18	18.10	21MHz用	35.5	約140	3cm幅、26.1cm長
21	21.10		17.5	(※) 約200
24	24.90	28MHz用	20.1	約250
			20.5		3cm幅、19.5cm長
28	28.10		9.0	(※) 約340

(※) HFV-5 取扱説明書の値を引用

---

再現性はある方だと思いますが、設置環境により先端エレメント長は変わってくるはずです。
ただ、調整開始の目安にはなるかと考えています。

ベランダに取り付けると、どうしても給電インピーダンスが下がってしまい、
ヘアピンスタブによるインピーダンスマッチングが必要ですが、
ヘアピンスタブを付けなくても良い場合は、若干調整エレメントは長くなると思います。

1200MHz 10エレループアンテナの検討

先日 MMANA で円形ループアンテナのシミュレーションを検討したところ、
正十六角形以上で近似すれば良好なことが分かりました。
MMANAで円形ループアンテナのシミュレーション検討

今回、1200 MHz 帯用の10 エレメント ループ (円形) アンテナを
正十六角形で近似したデータを用いたシミュレーションにて検討してみました。

---

手っ取り早く、以前製作した 430 MHz 7 エレ スクエアループのデータを元に、
1200 MHz 帯サイズにスケールダウンしたところからスタートしました。

Excel を用いて MMANA に入力するエレメントの座標を計算し、
カンマ区切りの CSV ファイルにエクスポートして、
MMANA の定義ファイル (.MAA 形式のファイル) にコピー＆ペーストすることを繰り返しました。

一通り10 エレまで入力したところで、MMANA で最適化を掛けました。
ただし、エレメントサイズは変化させず、エレメント間隔だけで最適化させました。

---

ベストな結果かどうかは分かりませんが、まずまずのところまでは追い込めました。
シミュレーションでの結果ではありますが、アンテナ製作の目安にはなると思います。

---

エレメントは、100 円ショップで売っている、3 mm 径のアルミ線にしようかと考えています。
ただ、ラジエータだけはアルミ線、銅線、真鍮棒どれにしようか迷っています。

エレメントクランプや給電点の加工もどうするか検討中です。
早く製作に取りかかりたいところですが、なかなか時間が取れません。
(他の中途半端な仕掛品もいくつもある状態です)

MMANAで円形ループアンテナのシミュレーション検討

1200 MHz 帯のループアンテナを検討してみようと思いました。
以前 430 MHz 帯のループアンテナを作ったときは、正方形 (スクエア) の 1λ ループにしましたが、
今回は円形のループアンテナにしたいと考えています。

---

まずは、MMANA を使ってシミュレーションし、机上検討から始めます。
しかし、MMANA では円形の定義ができないようなので、正多角形で近似する必要があります。
では、どこまで多角形にすれば良いのでしょうか。
既に充分議論し尽くされた話かも知れませんが、自分でも試してみたいと思い、
MMANA で多角形の種類をいくつか変えてシミュレーションしてみました。

とりあえず、今回は多角形の比較だけなので、基本的な 1エレメント 1λのループアンテナでシミュレーションしてみます。
1295 MHz で同調する (リアクタンス成分が 0 Ω となる) ように、エレメント長を調整しました。
シミュレーションは、リアルグラウンド、2 m 高としました。

---

【結果まとめ】1295 MHz 1λループアンテナ

形状	正四角形	正八角形	正十六角形	正三十二角形	正六十四角形
エレメント全長	26.65 cm	25.93 cm	25.74cm	25.75 cm	25.72 cm
インピーダンス	約142 Ω	約149 Ω	約154 Ω	約157 Ω	約157 Ω
絶対利得	8.66 dBi	8.88 dBi	8.93 dBi	8.96 dBi	8.96 dBi

これを見ると、正十六角形以上で各数値の変化が少なくなっており、円形にかなり近似できていることが分かります。
なので、円形ループアンテナのシミュレーションは、正十六角形以上にすることが望ましそうです。
ただし、あまり細かくしすぎるとシミュレーションに時間が掛かってしまいますので、
妥協点としては正十六角形がベター、正八角形で何とか許せる範囲という感じがします。

あくまでもシミュレーション上の話なので、この結果と実物の実測が合うという検証は別途必要かと思います。

---

以下は、シミュレーションの結果図です。

Excel の関数を用いて正多角形の全辺長から頂点の座標を計算させ、
カンマ区切り形式の CSV ファイルでエクスポートして、MMANA の定義ファイルにコピー＆ペーストしました。
(Excel では、正N角形の全辺長からN個の頂点座標データを出せるようにしました)

賢い方々は、マクロを組んで MMANA の定義ファイルを直接出せるようにしているのでしょうね。

① 正四角形

② 正八角形 

③ 正十六角形 

④ 正三十二角形 

⑤ 正六十四角形 

---

次は、エレメント数を増やして、1200 MHz 帯のループアンテナ設計をしていく予定です。

430MHz帯用 50Ω：50Ω 強制バラン (2個目) を 7エレ スクエアループアンテナに組み込み

先月作製した 430 MHz 帯用 50 Ω：50 Ω 強制バランの (2個目) を、
7エレ スクエアループアンテナに組み込みました。

---

強制バランを組み込んだ7エレ スクエアループアンテナの特性を、
NanoVNA で確認しました。

7エレ ヘンテナのときと同様に、給電エレメントの (引き出し部分の) 長さが変わるため、
そのままでは VSWR の最低周波数が 448 MHz 付近にずれてしまいました。
なので、放射エレメントは再度作り直しです。
放射エレメントの長さを長くする必要がありますが、その長さ$\Delta l$は、

$$\Delta l = \left(\frac{300}{432}-\frac{300}{448}\right)\times 0.97 = 0.0241 [m] = 2.41 [cm]$$

となります。

放射エレメントを作り直したところで、再度 NanoVNA で測定。
結果は下図のようになりました。

■スミスチャート

■抵抗成分とリアクタンス成分 

■インピーダンス 

■VSWR 

強制バランを入れる前と若干特性が変わってしまいましたが、
よく使う 430 MHz から 433 MHz 付近では VSWR が 1.2 程度なので、
これで良しとしました。

---

昨晩、久しぶりに 7エレ スクエアループで運用しました。
特に問題は無く、FT8 では 1エリアの方とも QSO ができました。

430 MHz 帯は 7エレ ヘンテナがありますので、固定局からの普段使いはヘンテナになると思います。
7エレ スクエアループアンテナは、移動用にでも使いたいなと考えています。
(ただし、移動運用する気合いがあればの話ですが...)

<参考記事>
430MHz帯用 50Ω：50Ω 強制バランの検討（その１）
430MHz帯用 50Ω：50Ω 強制バランの検討（その２）
430MHz帯用 50Ω：50Ω 強制バランの検討（その３）
430MHz帯用 50Ω：50Ω 強制バランの検討（その４）
430MHz帯用 50Ω：50Ω 強制バランを 7エレ 1λヘンテナに組み込み
430 MHz 帯用 50 Ω：50 Ω 強制バランの製作 (2個目)