160m帯フルサイズダイポールアンテナ【測定編1】

前記事で作った160m帯の巻き取り式ダイポールアンテナを実環境で測定した。

 

恵那市の阿木川公園に展開した。給電部は高さ約1.5m、アンテナ線は左右ともに数mで芝生に接地している。両端も芝生上。

 

 

 

 

 

アンテナ線長は左右各22mで、1.83MHz  SWR1.8という結果になった。アンテナ線が地面から浮くようにすれば使えそうである。

同調したアンテナ線長が予想以上に短い。①両端の巻き取り部がエンドローディングコイルとして働いている、②被覆電線なので短縮率が大きくなっている、③地面置きなので共振周波数が低い――というあたりがとりあえず思い付く。これは後日に検証したい。

160m帯フルサイズダイポールアンテナ【製作編】

160m帯(1.8/1.9MHz帯)のダイポールアンテナは全長が80mを越えるので我が家では常設できない。そこで仮設や移動運用向きのものを製作した。設置と回収のしやすさ、80m帯でも使えるということから、エレメントは被覆電線にして巻き取りできるようにした。

 

左右が電線の巻き取り部。真ん中は100均のまな板に穴をたくさん空けたものにバランを取り付けている。まな板ごと棒の先に付けて持ち上げたり木に吊るして使う。

 

 

 

 

バラン部は、フロートバランをベーク板に固定し、BNCコネクタと陸軍端子赤/黒を1.5D同軸で配線して、100均の密封ケース内に納めた。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

アンテナ線巻き取り部分は、100均の小物ケース(2個セット)の側面をカットして電線を巻ける隙間を作った。左上のように電線を巻いた状態で蓋ができる。アンテナワイヤーは秋月で買った協和ハーモネットAWG20電線を43mずつ巻いている。メジャーなしでも電線長がわかるように5mごとにラベルを付けている。

21MHz スロープGPアンテナ(設計編)

21MHz用の垂直系アンテナを作って、既存のV字DPアンテナと比較してみようと気分が盛り上がっている。確かめたいのは、(1)低打ち上げ角のアンテナだとDXがもっとよく聞こえるようになるか?、(2)両偏波でのノイズレベルの比較(当地は低ノイズ環境なので、垂直系を受信用常用アンテナにできるか?)。

簡単そうなアンテナを見つくろったところ、スロープGPアンテナなら手早く作れそうなので、例によってMMANAでシミュレーションしてみた。既設VDP=北東・南西ビーム、ゲイン6.49dBi、打ち上げ角28.9°。スロープGP=水平面無指向性、ゲイン1.16dBi、打ち上げ角18.4°。GPはゲインが5dB不利だが、打ち上げ角は10°有利。この違いがどう影響するのか実地に試してみるつもり。

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3.5MHzダイポールアンテナ設計&設置

NVIS用に3.5MHzフルサイズダイポールアンテナを設置することにした。例によって、エレメントが建物などに干渉しない位置関係にある高木を3本探してアンテナマスト代わりにする。高木が決まったところで、平面的な位置関係と高低差を測量してMMANAで設計した。アンテナ高が波長に比べて低いとインピーダンスのシミュレーションが大幅に狂うので、20m高でシミュレーションしておいて、あとは実地調整に任せることにした。以下がシミュレーション結果。

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DP80-2

 

 

 

 

 

 

DP80-3

 

 

 

 

 

 

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DP80-5

 

 

 

 

 

 

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設置してエレメントを40cmほど切り詰めたところ、周波数MHz/SWR 3.480/1.2 3.490~3.510/1.1 3.520~3.540/1.2 3.550/1.4 と満足のいく結果になった。

屋外で1.5年もつペットボトル製アンテナバランケース自作

常設のつもりでワイヤー系アンテナを作っても、我が家ではたいした期間は持たない。最大の原因は、木々に付いた雪が大きな氷塊になって落下するとき、ワイヤーを直撃して切れてしまうのだ。そこで、最大1.5年持てばよい程度の頑丈さのアンテナを低価格で上げる事を試行錯誤してきたが、3シーズン3回の作り直しを経て完成形に近づいた。目標は、バランを収容できること、風雨の侵入を防ぎ、アンテナワイヤーを伝っての水の侵入を防げて、同軸接続部を作れること、作るのが簡単で安いというあたりである。たどり着いたのはペットボトルを使う以下の方法である。

ペットボトルにバランを収容

 

7MHzダイポールアンテナでの例。センター部にペットボトルを取り付け、アンテナエレメント⇔フロートバラン⇔同軸の接続部を設けた。

 

 

 

 

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炭酸飲料の1.5リットルペットボトルを用意する。炭酸用の方が容器の厚みがあるのでもちが良い。2つのペットボトルを用意する。左が加工前。1つは中のようにカット、2つ目は右のようにカットする。

 

 

 

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カットしたペットボトルの大きい方に入るサイズにベーク板を切り、バランを取り付け、同軸とアンテナ線をはんだ付けする。その際に、ベーク板に同軸とアンテナ線の抜け止め加工をする。同軸接続部を上に、アンテナ線の引き出し部を下にすると抜け止め部を作りやすい。アンテナ線は単線がよい(より線だと、毛細管現象で水が侵入しやすいから)。今回はVVF電線を使った。

カットした小さい方のペットボトルを写真のように下から差し込む(大きいペットボトルの内側に)。入りにくい場合は割りを入れてよいが、最小限の長さに。

ペットボトルには同軸を吊り下げる耐力がないので、同軸を吊るひもは上部の部材につなぐ。

 

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2つのペットボトルとアンテナ線の位置関係。アンテナ線は2つのペットボトルの間を通して外部に出す。下のペットボトルが落ちないようにインシュロックで固定するが、ループの中にアンテナ線を入れて、アンテナ線が移動できる範囲を狭める。これをしないと、風などの影響で長いうちにはアンテナ線が移動してショートする危険性がある。

 

 

 

 

 

 

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今回設置したのは、7MHz NVIS用V字ダイポール(給電部2.5m、フルサイズ)。エレメント長の調整でSWR1.1となった。

7MHzフルサイズダイポールアンテナ試作

①ヘアピンやコイルでのマッチングと、②NVISの2つを同時に試そうと、地上高2m程度の7MHz用のフルサイズダイポールアンテナを試作した。MMANAは、波長に比べて地上高が低いアンテナは正しくシミュレーションできないとされているが、実際、R=17Ωと現実離れした数値だった。エレメントの長さだけ参考にしてアンテナを張ってみた。傾斜地なので高さはバラバラ→給電点2m、エレメント東端3m、エレメント西端5m。遠目に見ると、若干のV字ダイポールという感じである。

 

すると、シミュレーションと近い長さで、あっけなくSWR=1.0まで下がってしまった。アンテナ張りとしては喜ばしいが、マッチングのテストは別の機会に持越しになった。

 

 

21MHz V字ダイポールアンテナ更新(設置編)

21MHz V字ダイポールアンテナ更新(設計編)からの続き

 

アンテナの同軸とのつなぎ込み部分はペットボトルとし、中にフロートバランを入れている。ペットボトルは炭酸飲料のものの方が厚みがあるので耐久性が良い。ペットボトルからの銅線とエレメントのアルミ線は、「ミラクルハンダ・アルミニウム専用」ではんだ付けしている。

 

 

 

 

 

 

 

これは設置したアンテナ全景。2本の大木をアンテナマストとして使っているのだが、写真ではかろうじてペットボトルが見分けられる程度か。ペットボトルは、右から2本目の大木の幹の中ほどに写っている

 

 

 

 

ワイヤの長さを調整する際に調子に乗って切りすぎてしまった。 実測値は、周波数MHz/SWR 21.00/1.5 21.05/1.4 21.10/1.3 21.15/1.3 21.20/1.2 21.25/1.1 21.30-21.45/1.0 21.50/1.1 21.55/1.2 21.60/1.3 21.65/1.3 21.70/1.4

写真は、21.362MHzで、50Ω(Rs=50、Xs=0)、SWR1.0になった証拠写真。シミュレーションと合う成果が出ると気持ちがいい。切り過ぎの失敗は(泣)だが…。

21MHz V字ダイポールアンテナ更新(設計編)

日が空いてしまったが、ようやく無線環境のメンテに取り掛かれるようになった。まずは21MHz用のV字ダイポールを作り直した。アンテナチューナなしで50Ω、SWR1.0という目標で昨年作ったMMANAのシミュレーションに対して、(1)ワイヤーを直径2mmのアルミ線にして耐久性を、(2)二段梯子で上がれる範囲でアンテナ高さを最適化、(3)大地比誘電率導電率を乾燥地に、という改良を加えた。

シミュレーション結果はこちら↓。ワイヤのV字の角度で50Ωに追い込むのは容易で、21.00~21.25MhzまでSWR1.2以下となった。ワイヤを太くしたことで、前回よりも低SWRの帯域が広がった。

21MHz V字ダイポールアンテナ更新(設置編)に続く

大地比誘電率とアンテナ特性の関係(MMANA)

MMANAでは、大地の比誘電率を13.0に設定したまま使っていた。比誘電率はアンテナ特性にどれぐらいの影響を与えるのだろうか? MMANAで21MHz用V字DPを設計し、比誘電率だけを変えた結果を比べてみることにした。

結論としては、(a)比誘電率が高いほどGa(利得)が増える、(b)天頂への放射が減る、(c)共振周波数、SWR、帯域への影響はほとんどみられない。 給電点までの地上高が1/2波長程度あれば、大地比誘電率は気にしないでアンテナ設計してよさそうだ。

 

比誘電率5

 

 

 

 

 

 

 

比誘電率10

 

 

 

 

 

 

 

比誘電率20

 

 

 

 

 

 

比誘電率40

大地導電率とアンテナ特性の関係(MMANA)

MMANAでは、大地導電率を5.0mS/mに設定したまま使っていた。大地導電率はアンテナ特性にどれぐらいの影響を与えるのだろうか? MMANAで21MHz用V字DPを設計し、大地導電率だけを変えた結果を比べてみることにした。

結論としては、(a)導電率が高いほどGa(利得)が増える、(b)天頂への放射が減る、(c)共振周波数、SWR、帯域への影響はほとんどみられない。 給電点までの地上高が1/2波長程度あれば、大地導電率は気にしないでアンテナ設計してよさそうだ。

 

 

 

導電率0.5mS/m=2000Ω/m

わりと乾燥してる地面

 

 

 

 

 

導電率5.0mS/m=200Ω/m

普通の地面

 

 

 

 

 

 

導電率50.0mS/m=20Ω/m

畑のような場所

 

 

 

 

 

導電率500.0mS/m=2Ω/m

水田あたりの値か?