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2022年2月 6日 (日)

430MHz帯 7エレ 1λヘンテナの製作

構想から約1年半、ようやく430MHz帯の7エレメント 1波長ヘンテナが完成しましたので紹介します。

20220206_0001

 


430MHz帯のアンテナは、自作の7エレ スクエアループアンテナを使ってきました。
それなりに楽しむことができるのですが、気に食わないところが一点あり、
それがずっと引っかかっていました。

それは、アンテナの指向性パターン (シミュレーションでの計算値ですが...) で、
サイドローブが大きく出ていることです。

実使用上は全く問題ないでしょうし、あくまでもシミュレーション上での話なので、
どうでもよいことだと思われますが、こだわり出すと気になってしまいます。

ツインループアンテナにすればサイドローブが改善することは分かっていたのですが、
アンテナの構造的に作りにくそうな感じがします。
いろいろと考えた結果、1波長のヘンテナが良さそうという結論となり、
作ってみることにしました。
2020年の夏頃のことです。

それから材料集め、材料加工などボツボツとやり始めましたが、
進捗が遅かったことと、アンテナの構造設計を何回も変更してやり直したので、
これだけ時間が掛かってしまいました。

 


(前置きが長くなってしまいましたが...)

◆◆目標◆◆

現在使用している7エレ スクエアループアンテナの利得、F/B比はキープしつつ、
サイドローブを極力減らすことです。

 


◆◆設計◆◆

MMANAを使用して設計しました。
7エレ スクエアループアンテナと同様に、給電点はマッチング回路なしで 50Ω+0j を目標としました。

設計図は下図のとおりです。
なお、-206 mm とか +181 mm とか書いてある数値は、
放射器 (Rad) を基準としたエレメントの位置になります。

20220206_0002

20220206_0003

MMANA でのシミュレーション結果は、こちらになります。
(Real Ground、地上高1m)

20220206_0004

Ga (絶対利得) =15.11dB、F/B=25.02dB

7エレ スクエアループのシミュレーション結果が下図のとおりですから、
シミュレーションでの計算結果上ではありますが、目標はクリアできているつもりです。

20170402_0003

 

 


◆◆材料◆◆

7エレ スクエアループアンテナと同様に、エレメントは、10mm幅×2mm厚のアルミフラットバーを、
エレメントクランプは、15mm厚のポリエチレン製まな板を使用しました。
ブームは今回、VP25 サイズの塩ビ管を使いました。

給電点はN型のレセプタクル (NR) を使用しました。

 


◆◆工作◆◆

ループアンテナと比べて構造が複雑になりますので、エレメントをどのように構成するか
試行錯誤し、何度もやり直しました。
悩んだ末、外周のエレメント1本と中間エレメント3本で構成することにしました。

20220206_0010

 

中間エレメントはこんな感じです。

20220206_0005

ネジ用の穴は、今回 3 mm のタップを切ってみました

 

エレメントクランプは、ポリエチレン製のまな板を加工しました。

20220206_0006

今回は VP25 の塩ビ管 (外径 32 mm) に取り付けますので、32 mm の半円の切り込みを入れました。
半円の加工は、32 mm のホールソーで穴を開け、それを半分に分割するようにして作っていきました。

7エレ スクエアループアンテナと同様に、皿ネジを埋め込むための穴と、
エレメントを固定するためのタッピングビス用の穴も開けました。

エレメントクランプは、真ん中の中間エレメントに取り付けます。

 

長い時間掛かって、ようやくパーツが揃いました (ブーム以外)。

20220206_0007

 

ホームセンターで購入したアルミフラットバーは、腐食防止のため表面に加工が施されています。
そのため、そのままでは電気的に導通しません。
エレメント接続部分は、ヤスリやサンドペーパなどで表面加工を削り取り、
必ずアルミ素材が剥き出しになるようにします。
また、必要に応じて導電性グリスなどを塗布して、接続部分の電気導通性を良くすることに努めます。

 

給電部はこのような形にしました。

20220206_0008

アルミには直接ハンダ付けできませんので、1 mm 厚の真鍮板を介して、N型レセプタクルと接続しています。
真鍮板は、ハンダメッキをしておきました。

給電点にバランは入れていませんので、同軸ケーブルにクランプコア (パッチンコア) を 2 個噛ませて、
簡易フロートバランでお茶を濁しています。

 


◆◆調整◆◆

今までの経験で、ある程度シミュレーション結果と実際作ったモノとが合うことが分かっていますので、
放射器の左右の中間エレメントのみ仮止めをし、後は設計値どおり決め打ちして組み立てました。

VSWR が435.7 MHz ぐらいで1.0 になっており、若干周波数が高めで同調しています。
放射器の左右エレメントをそれぞれ 3 mm ずつ外側にずらしたところ、
433 MHz 程度で VSWR が 1.0 になりました。

その位置でエレメントに穴を開け、固定して完了としました。
NanoVNA で測定した結果は下図のとおりです。

20220206_0009

バンド内で VSWR は 1.3 以下に収まっており良好ですが、同調点が 435 MHz 付近となってしまいました。
CW やデータ通信モードを運用することが多いので、もう少し周波数が低めに調整したかったです。
仮止めと本固定で若干状態が異なっていたのかも知れません。

今回は一旦これで良しとしますが、後々もう少し調整を追い込めればと考えています。

 


◆◆使ってみて◆◆

計算上の利得は 7エレ スクエアループアンテナとあまり変わりませんので、
劇的に飛びが良くなることは期待していません。

430.510 MHz で FT8 の QSO を試してみましたが、
PSKReporter で確認しても、イマイチ飛んでいないような気がします。
比較はしていませんが、スクエアループアンテナの方が良いような気もします。

ただ、アンテナを回せば、ある程度の指向性が有ることは確認できました。
もう少し使い込んでみないと分からないです。

7エレ スクエアループアンテナと比べて、かなり重たくなってしまいました。
移動で使うなら、スクエアループアンテナの方が良さそうです。

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