golang で cgo 使ってる感じのやつが include やライブラリリンクまわりでエラった場合

export CGO_CFLAGS="-I/usr/local/include"
export CGO_LDFLAGS="-L/usr/local/lib"


とかしとけばいいみたい

MLAはずっと試したいと思いつつ、帯域の狭さや自力での工作の難しさを考えるとなかなか手が出せなかった。

最近ファラデーシールドループの受信用アンテナを作ったところ、受信性能がよく面白いので、磁界検出型のループアンテナへの興味が高まり、タイミングよく販売していたため、いよいよ購入してしまった。

まだしっかり使いこめてないが、現時点でわかったことをメモする。

field_ant 製 MLA

field_antの村吉さんが出品している MLA-2A AM というのを購入した。メインループのパイプがいい感じに太く、見た目もかっこいい。

基本は28MHzとして売られているもので、ベランダに設置する場合サイズ的には直径77cmは結構ぎりぎり感がある。とはいえ台風のときはベッドの下に入れて保管できるサイズ。

コンデンサの付け変えて14MHz 18MHz 21MHz に出れるが、下のバンドになるほど放射抵抗が下がり、効率は著しく落ちると思われる。

field_ant 製の MLA の場合、コンデンサが特徴的で、ベースの容量確保用のコンデンサ(10D-2V同軸)と、それに並列に入る「トロンボーン型」と説明されているアルミパイプと同軸によるバリコン (アルミパイプ2本は直列コンデンサになっており分圧されて耐圧をあげつつ容量変化がマイルドになるようになっている) からなっている。

もし 0〜350pF ぐらいまで連続可変できて高耐圧なコンデンサが作れるなら、バンドチェンジで同軸を交換する必要がなくなりそうだが、そのようにすると、巨大かつ調整がシビアになるために、このような構造になっていると思われる。

設置方法

設置場所はマンション 1F のベランダ、給電点は地上高で1m程度しかない。

このへんを読むと、導体面に対し垂直にMLAを設置するのが良く、水平に設置すると損になるということが書いてある。

導体面というのは大地とかマンションの壁だとかだと思うが、1F ベランダだと大地も壁も近いので、どちらの影響が大きいかは微妙なところに思える。このような環境だと、どのように設置しても渦電流損がでて性能が十分に発揮されないかもしれない。

調整

14MHz帯・18MHz帯・21MHz帯とそれぞれ一度はあわせてみたが、どれも SWR は簡単にあわせられた。出ている局が多く信号が聞こえやすい21MHzでとりあえず使用感を得ようと、細かく調整。

アナライザーを使いながらしっかり追いこむ。SWR よりは RX を見て X (リアクタンス)が 0 ぴったりになるようにキャパシタを調整してから、R が 50になるように結合ループを調整した。ただ、輪っかだけだとどうしてもRが完全にピッタリいかないことがあって、壁からの距離を調整したらほぼピッタリにあうようになった。SWR=1.05 ぐらい。

とかをやりつつ、丁度コンテストだったので、アンテナマストを手で持ってふりまわしながら (ループ自体は軽いので振り回しやすい) いろいろ信号をきいてみたが、局によって垂直がよかったり水平がよかったりする。偏波が関係ありそうな近い局で調整しても、自分の用途ではあまり意味がないので、6エリアあたりの局を探したところ、水平のほうが信号が強かった。

モービルホイップのように、カウンターポイズのような再現性の低い調整をしなくて良いので、大変簡単に調整できる。ループ単体で完結していて周辺環境に影響され難いのは本当に楽。一方で、帯域が狭いので細かい調整が必要になるのはやはり面倒くさい。

受信

以下比較にでてくる「モービルホイップ」とは調整済みのマルチバンドモービルホイップのUHV-6のことです。

6エリアの局(免許状みると50Wのよう)は、モービルホイップでS2〜S5、MLA で S4〜S7 と平均的に S2 ほど上がった。ちなみにノイズはS1ほどMLAのほうが少なく、感度が高くなったからといって即ちノイズが増えるというわけではなかった。ただし、モービルホイップは少し同調点からずれた位置 (調整するのが面倒なので) なので、公平な比較ではない。

ベランダ内でのアンテナの設置場所もいろいろ試したが、場所によっては非常にノイズを広うこともあった。条件がよくわからないが指向性の方向にノイズ源がきてたのかもしれない。

調整した点から外れると急激に性能が落ちるらしく、なかなか厳しい。ちなみに短縮モービルホイップの帯域よりもさらに非常に狭い。

送信

しっかり共振点をあわせこんで 50W を入力してみたが、しばらく送信していると共振点が徐々に上にずれることがわかった。最初は風の振動でバリコンが抜けてくるのかと思ったが、どうやらコンデンサの特性が変化している?

耐圧の問題かと思ったので計算してみたが、このループは 77cm 22mm パイプなので 21MHz で 50W 入れると、おそらく 2.5kV ほどコンデンサに電圧がかかる。10D-2V は 3kV 程度までは試験されており大丈夫そうだし、バリコン部分も分圧されている分余裕はありそう。

そもそも急激にSWRが下がるというわけではなく、ゆるやかに共振点がずれていくので、絶縁破壊が起きている感じではない気がする。コンデンサが誘電体損で温度が上昇して比誘電率が微妙に変化している?のかもしれない。共振点が上がっていくということは、容量は減っている。ポリエチレンの誘電率の温度特性がよくわからないので確かな原因かわかってない。

あるいは、スパークしない程度の耐圧は足りているのだから、自動でSWRを調整するシステムをつくれれば、温度変化に対応して追従することで、ある程度これは解決できるかもしれない (もし原因が温度変化であり、一定以上の温度にならないのであれば)。

ちょいちょい試しているが、まだ十分交信できるほど時間がとれてない。21MHz で DXは既にできている。このときはモービルホイップよりもMLAのほうが強く聞こえた。送信はMLAでしかやっていないので比較できない。14〜28MHz は基本国内QSOが殆ど聞こえないので、なかなか試しにくい。

調整の遠隔化


やはり調整のたびにいちいちベランダに出るのは面倒なので、とりあえずモーターで駆動するように少し改造した。モーターユニットも販売しているみたいだけれど、モーター制御を自分でやってみたかったので試行錯誤した。

いずれ自動化したいなあという気持ちがあるので AVR でステッピングモータをまわす感じにしてみた。

使ったのはちょっと前に秋月で買ってあった300円ぐらいの小型ステッピングモーターで、それを適当に固定し、元々ついているM4ステンレス長ネジにカップリングで繋いである。

コンデンサと繋がっているアルミパイプは端が潰してあってネジが切ってあったので、長ネジを固定して回せば、そのまま調整に使える。ただ、ネジが浅くてすべることがあったので、万力で潰しなおして、自分で M4 のネジを切り直した。

使ったステッピングモーターのトルク的に 600pps ぐらい (1秒間に約1.6回転=100rpm) で動かすのが限界っぽく、あまり早くは動かせなかった。とはいえものすごく遅いというほどでもないのでとりあえずはあまりストレスなく使えてる。

ブーム側にモータを置くと伝達するシャフトがどうしても長くなってしまうので、ちょっと無駄だけどお手軽な改造で実現できた。まだ基板がブレッドボードのままなのでなんとかしたい。


雨対策にとりあえずタッパーを被せてある。モーターにだけ水がかからなければ、たぶん大丈夫かな。

まとめ

書いたこと以外にもいろいろやってみてる。14MHz 帯でもだいたいS2ぐらいモービルホイップよりも上がる感じだった。18MHz 帯はもともと常時外来の人工雑音がひどくどうしようもないので殆ど試してない。

まだ自分のところの環境で十分に使えるかはわかってないが、すくなくとも環境があまり良くなくても既設のモービルホイップ以上の性能はでていそうなことがわかったので、地道に交信を重ねたい。

エネループなニッケル水素電池10本で12Vを作っても、22Whにしかならない。また割と早く電圧降下して11V未満になってしまうので (そしてその状態でしばらく安定する) 少し電圧が足りない。

昨今大容量のリチウムイオンバッテリーはそこそこの価格なので、これを試してみようと思った。

ノートPC用モバイルバッテリー

スマフォ用のモバイルバッテリーは大変たくさん種類があるのだが、5V 2A 出力がいいとこなので、全く足りない。12Vに昇圧する場合効率80%だとしても0.67A程度しかとれず、使えない。

ノートPC用のモバイルバッテリーの場合、12V 16V 19V あたりをサポートしつつ 5V も出せるものが少し存在する。

謎の 77Wh モバイルバッテリー

モバイルバッテリー 大容量 21000mAh タブレットPC スマートフォン -

1.0 / 5.0

まずはアマゾンでレビューが良さそうなこれを買ってみた。結論からいうと液晶が不良品で返品したので殆ど使ってない。

ソフトケースまでついていて、届いたときは「おっ意外といいな」と思ったのだけど、液晶の表示がぶっこわれており、出力電圧がアテにならないので怖くて使えない感じだった。

一応電圧をテスターで見つつ試してみたけど、12V 設定時の出力電圧は 12.0V で 2A程度流して 11.4V だったので、中身は悪くないような気がする。

ちなみに説明書に製造元も販売元も書いてないのでお察しくださいという感じだった。

MobilePower 74Wh モバイルバッテリー

日本トラストテクノロジー MobilePowerシリーズ 20000mAh PB-20000 -

5.0 / 5.0

「日本トラストテクノロジー」または「電池企画販売」というメーカー・販売元で売られているもの。

このシリーズは容量違いがある。

88.8Wh (24000mAh 3.7V)

日本トラストテクノロジー MobilePowerシリーズ 24000mAh MP-24000 -

5.0 / 5.0

59.2Wh (16000mAh 3.7V)

日本トラストテクノロジー MobilePowerシリーズ 16000mAh MP-16000 -

5.0 / 5.0

ちょっと高めで、アマゾン以外のほうが安い。自分が買ったのは、なんか異様に安いやつだったけど、一回開封済み?みたいな感じだった。

説明書に販売元やサポート先の記載があり、どうも6ヶ月保証がついてる。あと「本製品は各社のライセンス製品ではありません」と書いてある。OEM 元?のようで、実は同じ仕様のモバイルバッテリーがサンワサプライブランドでも売っている。

59.2Wh

サンワサプライ USB充電ポート付きノートパソコン用モバイルバッテリー BTL-RDC6 -

3.0 / 5.0

まだ少ししか試せてないが、12V 設定のとき出力 12.3V、2A 出力時 11.7V ぐらいだった。定格では4Aまでとれると書いてあるので結構余裕そう。

DCプラグをOUTPUTコネクタに接続することで、12V出力が有効になる(ケーブル接続がスイッチになっている)。しばらく電流が流れないと自動でオフになるらしいけど、どのぐらいが閾値なのかわかってない。

ノイズ

この手のモバイルバッテリーはスイッチングレギュレータを使っているため必然的にノイズが発生する。とはいえ、少し試した限りではとても気になるというレベルのノイズはなかった。

ただ、1つ目のモバイルバッテリーは、アルミ外装に触れているときだけ非常にノイズレベルが上がるという現象があった。運用中は触らない工夫がいるかもしれない。2つ目のモバイルバッテリーは今のところそういう現象は観測できていない。

基本ケースがアルミでシールドされているから、電源ケーブルにだけコアを十分巻けばよさそうではある。そういう点に見ると、1つ目のバッテリーは完全にアルミ外装というわけではなく、一部合成皮っぽい部分があるので、もしかするとそれがスリットになって不要輻射が大きくなっていたのかもしれない。2つ目のバッテリーはほぼ全面アルミ外装で、電圧切替のスイッチ部分がスリットになっており、もしかすると周波数によっては影響があるかもしれない。

その他

上2つのバッテリーいずれも、付属している電源ケーブルのコネクタはちゃんと大電流対応の音叉型で挟みこむタイプになっていた。

バックライトなし・プリアンプあり・ IQ出力ありでの測定 電源電圧は約12V (ポータブルバッテリー前提での計測)

バンドごとに違い、基本的には高い周波数ほど増える。

受信時

  • 1.9MHz 0.183A
  • 3.5MHz 0.179A
  • 7MHz 0.181A
  • 10MHz 0.185A
  • 14MHz 0.188A
  • 18MHz 0.190A
  • 21MHz 0.192A
  • 24MHz 0.196A
  • 28MHz 0.198A
  • 50MHz 0.230A

送信時

  • 送信時の電圧が11Vを切ると出力が5Wに制限される
  • 電圧が13V以上の場合HF帯は12Wまで設定できる

SWR が悪化すると消費電力も増えるっぽいが、とりあえずダミーロードでの測定

10W

50MHz は 8W までしかでない (説明書通り)

  • 50MHz 2.39A (8W)
  • 28MHz 2.36A
  • 24MHz 2.72A
  • 21MHz 2.40A
  • 18MHz 2.30A
  • 14MHz 2.14A
  • 10MHz 2.10A
  • 7MHz 2.05A
  • 3.5MHz 2.31A
  • 1.9MHz 2.21A

なぜか 24MHz の効率が悪い。

5W

  • 50MHz 2.15A
  • 28MHz 1.41A
  • 24MHz 1.98A
  • 21MHz 1.22A
  • 18MHz 1.25A
  • 14MHz 1.17A
  • 10MHz 1.34A
  • 7MHz 1.72A
  • 3.5MHz 1.20A
  • 1.9MHz 1.39A

3W

3W が最も効率が良いらしいので計ってみた。1Wあたりの消費電力と考えると、別にそんなことなさそう。

  • 50MHz 1.73A
  • 28MHz 1.17A
  • 24MHz 1.20A
  • 21MHz 1.04A
  • 18MHz 1.06A
  • 14MHz 0.97A
  • 10MHz 0.95A
  • 7MHz 0.92A
  • 3.5MHz 0.99A
  • 1.9MHz 1.06A

COQSO というサービスをつくった。Confirming Our QSO という定型文のイニシャルをとってある。

QSL カードの現状

アマチュア無線と切って離せないものに QSL カードと呼ばれるものがあって、これは交信証明書という、お互い交信しましたよというのを、無線以外の信頼できる通信経路を使って確認するもの。

基本的に QSL カードは郵便によって交換されている。古代においては郵便が最も信頼できる通信経路だったのかもしれないが、現状ではそうではない。インターネットという非常に確実かつ低レイテンシな通信経路があるからだ。

郵便のメリットは物理的なものを直接送れることだが、一方で高コストであり、到達までに非常に時間がかかるというデメリットがある。殆どのケースで郵便のメリットはデメリットを上まわらない。特に、QSL カードは証明書という体だが偽造は容易であり、偽造のメリットも特にないので、物理的に交換する意義は薄い。

JARL (BURO)

郵送によるQSLカード交換だが、いちいち相手の住所を聞いたりするのが面倒だし、昨今のプライバシー事情にはあわない。基本的には BURO といって、中継してくれる組織を通じて、コールサインだけ書けば相手に届くようなシステムになっている。

日本では JARL (日本アマチュア無線連盟) が BURO となっており、会員同士ならば上記の通りコールサインだけで届く。会員以外へ送ると破棄される。

しかし JARL は何かと問題が多い組織かつ、前時代的なカード交換だけ (他には特に会員になるメリットがない) のために入会するには年会費も高く設定されている。

QSL を発行しないと怒る人の存在

世の中には面倒くさい人がいて、QSL カードを発行しないと怒る人というのがいるらしい。QSL カードは発行義務がないので無視したらいいのだが、面倒くさい人を避けるには適当にやる必要がある。

インターネット経由のQSL

eQSL.com というのがデファクトスタンダードのようで、しばしば使われているが、必ずしも流行ってはいない。以下のような理由があると思う

  • eQSL.com の UI がクソすぎる
  • いちいち ADIF をアップロードするのがだるい
  • QSL カードのデザインが非常に制限されている (なおかつダサイ)

UI はほんと、どうしようもなくて、みんな良く使ってるなレベル

eQSL はメールボックスのモデルが基本になっていて、全体的には物理の QSL 交換を閉鎖的なままネットに移植したものといえる。

COQSO

いろいろ書いたが、上記のようなことを踏まえて COQSO は以下のような意図で開発をした。

  • QSL は受信せず発行することだけを考える
    • 主にQSLカード集めはしていないという人向け
    • PDF でダウンロードして印刷できるようにして、必要なら印刷できるように
    • クロスチェックもしない
  • 交信履歴を公開するツールとして使える

個人レベルのサービスだと使えるリソースが非常に制限されているし、メンテコストが増えるのも嫌なので、問題になりそうな部分は以下のようにしてある

  • ログインまわりは Google の OAuth にまかせる
  • QSL カードの裏面(?)画像はPicasaにアップロードして参照する形にする

つまり Google アカウントを持っている前提で設計してある。

画像のストレージは自力で持つと相当のコストがかかるので外部サービスに頼るしかない。というところから逆算して Google ログインにしてある。前述の eQSL も画像のストレージのコストがかかるとかなんとかでカードのデザインが非常に制限されている。

TODO

ADIF ファイルの互換性がどれぐらいあるのかわかっていない。qso_date / time_on / band / mode / rst は最低限含めるべき、と仕様には書いてあるが、既存のロギングソフトがどれほど守っているかはわかってない。

いろいろロギングソフトを調べたほうがいいんだろうが面倒なので、必要になったらやりたい。

このサービスもADIFをつくってアップロードする必要があるのが面倒ポイントなので、各ログソフトで自動化できればいいが、結構ログソフトの数があるのでめんどうそう。

しばしば、耐圧を気にする場合、アンテナに生じる電圧を求めたくなることがある。

普通にインピーダンスと電力から求める。インピーダンス \( R[Ω] \)、電力 \( P[W] \)、電圧 \( E[V] \) のとき

$$ P = \frac{E^2}{R} $$

なので、変形すると

$$ E = \sqrt{P R} $$

50Ω、100W の場合、約71V

10000Ω、100W の場合、1000V

ちなみに電流 \( I[A] \) は

$$ P = I^2 R $$

なので

$$ I = \sqrt{ \frac{P}{R} } $$

で、50Ω、100W だと 約1.41A

10000Ω、100W だと約14.1A

アンテナは場所によってインピーダンスが変わるので、高圧がかかっている部分 (電流が少ない) と大電流が流れている (電圧が低い) 場所がある。

適当な電源コネクタをつけようと思ったが、とにかく電源コネクタというものは大量に種類があるので、何が「適当」かわからない。

  • 入手性
  • 電流容量 (低接触抵抗)
  • 外したときにショートしにくいこと (ハウジングがついていること)

というあたりを考えると車用の配線で良く使われる?T型コネクタが良さそうということがわかった。

エーモン 2974 カプラー2極(ロック式) -

3.0 / 5.0

これはアマチュア無線のモービル機の電源でも良く使われている、250型2極ハウジング ロック式というらしい? ホームセンターのカー用品売り場とかで売っているので入手性が良く、また電流容量も多い (20A)。

これ系のコネクターは異常に種類があって、ロック付きの場合オスに爪がついてるかメスに爪がついているかみたいな違いすらある。セットでいくつか買うのが一番間違いがない。

コネクタを"T" として見たとき、横棒がプラス、縦棒がマイナス。特に規格があるわけではない?のかよくわからない。

現状を参考程度メモっておく。

Comet UHV-6 HF/50/144/430MHzマルチバンド UHV6 -

4.0 / 5.0

設置環境

幅2mほどしかないベランダから、コンクリートフェンスベースを用い、30cm ほど壁から離れたポールに 第一電波工業の CLB という基台を使って斜めにつきだして設置している。

集合住宅の1階なので、給電点は地上高1mぐらい。

アンテナの状況

UHV-6はオプションの 14MHz、18MHz エレメントをいずれも付けている。7MHz を先端に、14MHz, 18MHz, 21MHz, 28MHz はそれぞれ側面にバランスが悪くならないようにつけている。

給電点直下の同軸の1mぐらいの場所にフロートバランを挟んでいる (動作が安定する)

カウンターポイズ

それぞれのバンドで 0.75sq のケーブルで λ/4 に作ったカウンターポイズを付けている。これは圧着端子をつけて、基台のM8部分にビス止めしてある。

  • 7MHz 4本
  • 14MHz 6本
  • 18Mhz 4本
  • 21MHz 4本
  • 28MHz 4本

がついている。カウンターポイズの這わせかたはちょいちょいやる調整ごとに結構変わるのだが、今はベランダの外側の壁付近に、フラワーラックで20cm ほど浮かせて、ごちゃごちゃに絡まった状態で置いてある (別にそうしたかったわけではなく絡まってしまったので解くのがめんどうくさい)

SWR

アナライザーを見ながら、カウンターポイズでSWRが1近くになるように調整し、エレメントはその後、周波数を動かすために調整した。各バンドでは以下の通り






7MHz は 60kHz ぐらいしか SWR 2.0 未満にならないが、CW やる分には十分だし、かなり飛んでくれる印象がある。

14MHz はもっと下側に調整したほうが良さそうなので近々調整しなおしたい。

18MHz はエレメントの調整が足りてないが、そもそも近隣の人工雑音が多すぎて聞く気もせずそのままにしてある。

21MHz も CW やるならもっと下側に調整したほうが良さそうだが、SSB も聞きたいと思い中途半端な位置になっている。

28MHz は CW バンドにだけあわせてある。

50MHz はどうしてもSWRが落ちず、調整ポイントもないため諦めている。

所感

7MHz は結構満足できる交信ができている。毎日かなり強力に入る局が聞こえるし、10W 程度で国内はギリギリとってもらえる。海外も相手の耳が良ければ 50W で十分とってもらえる。

それ以外のバンドは正直強力に信号が入るということがない。ただ、50MHz 以外ではいずれのバンドでも海外と交信実績があり、ものすごく悪くはないと思う。

UHV-6 はマルチバンドだが、エレメントの調整は各バンド全く独立して行え、他のバンドに影響したりはしない。ただ、カウンターポイズ側はどうしても各バンドで多少の影響がある。一番波長が長い周波数からやったらうまくいった。

ざっくり纏めると「意外と飛ぶ」だし十分楽しいけれど、十分満足といえるほど聞こえるか?飛ぶか?というと、やはり難しい。とはいえ、フルサイズダイポールにしようが満足いくかというと微妙なので、現状の環境では十分ともいえそう。少なくとも、このアンテナに関しては設置体積対効果は高いし、マルチバンドにしてはそれほど高価なアンテナでもないので費用対効果も高いといえる。

Comet UHV-6 HF/50/144/430MHzマルチバンド UHV6 -

4.0 / 5.0

ダイヤモンド CLB ヘビーデューティーキャリア・パイプべース(φ10~φ52)オールステンレス製 -

5.0 / 5.0

DXアンテナ コンクリート手スリ用金具 MHV-121 -

3.0 / 5.0

以前7MHz 帯用の MicroVertを作り、1年ほど付けたままにしていたが外してしまった。帯域は広いのだが、モービルホイップよりも聞こえる信号が弱かったからだ。

1.9MHz

なので次に 1.9MHz 用にコイルを巻いて設置した。カウンターポイズの配置によって非常に大きく共振周波数やSWRが変化するが、なんとか SWR 1.2 ぐらいまでに調整でき、電波は出せるようになった。ただ、これもやはりとても耳が弱かったので1 QSOさえせずに外してしまった。

3.5MHz


そして 3.5MHz 用に変えて (コイルは1.9MHz以前に巻いてあった) 設置した。が、やはりどうも信号が弱い。ただ、帯域は広く、広い範囲で SWR 2以下になってくれる。出れないよりマシなので今のところ設置したままにしてみてる。

まだ1局しかできてない。21時ぐらいに7エリアのそこそこ強力な局 (579ぐらい) が聞こえたので呼んだところ、419 のレポートだった。相手の免許状見た感じだと200Wで、こちらが50Wなので、こんなもんかもしれない。もうちょっと継続しないとだめっぽい。

ただ、3.5MHz 帯は期待したほど局数が出ていなくてちょっとがっかりした。夜は7MHz帯より多いのかと思っていたが、自分に聞こえる範囲だと夜でも7MHz帯のほうが良く聞こえる。

設置環境

給電点地上高 1m ほど。ベランダから突き出したBSアンテナ用の基台に設置している。上の階に影響が出ないようにするため 2m 程度のラジエーター。カウンターポイズはベランダ内にひきこんでいるため、殆ど自由空間には出ていない。

波長が長いバンドになるとカウンターポイズはかなり長くなるため、狭いベランダだとかなり苦労する。カウンターポイズの這わせかたでおそらく性能がかなり変わると思われる。あまりトグロを巻くような形にしないほうがいいように感じてる。というのも、トグロを巻くとその部分がチョークコイルの役目になってしまう感じがする (電波が見えないので印象でしか言えない)

調整

ラジエーターでも調整できるのだけれど、まずカウンターポイズを適切に配置しなければ同調しない。なので以下の手順でやるが最も効率がよさそう

  • カウンターポイズを調整し、バンド内にSWR最低点を持ってくる
    • はわせかたによっては平気で1MHzぐらいズレることがあるのでいろいろ試す
  • ラジエーターの長さで微調整する

ちなみに、コイルの巻き数が多いほど、コイル中の浮遊容量が加わるため、余計にコイルを巻く必要がでてくる。ラジエーターを縮めるのは楽なので、ちょっと多めに巻いたほうが楽。ただ、ラジエーターによる調整はそれほど大きく同調点を動かせない。

所感

MicroVert は実質的には片側だけ超短縮した垂直ダイポールといえるので、やはりラジエーターはそれなりに長くないと厳しいんじゃないかと思う。帯域が広いのはカウンターポイズ側が無短縮だからかな。「カウンターポイズ側からは電波が出ない」というのは内部導体と打ち消しあってるから? このへんの動作はまだ理解できなかった。

MicroVert の説明だとアルミパイプのCと巻いたコイルLによる直列共振となっている (これはマグネチックループが原理的にはアルミパイプで作ったLとバリコンのCによる並列共振となるのとは全く逆の原理で面白い)。

そのうち 7MHz 帯のをもう一度作っていろいろ調べてみたい。

ステンレスワイヤーは柔らかくとりまわししやすいうえに強度が非常に強いので、利便性が高い。ただ、アンテナエレメントとして使うことは非常に少ない。実際のところ、どれぐらい悪いのかを考えた。

ステレンスワイヤーの抵抗値

電気抵抗率 \( ρ[Ωm] \) 長さ \( L[m] \) 断面積 \( A[m^2] \) の電気抵抗 \( R[Ω] \) は

$$ R = ρ\frac{L}{A} $$

で求められる。オーステナイト系ステンレス鋼の電気抵抗率は 7.2e-7 ぐらいらしいので、φ1mm 20m のステンレスワイヤーでは

7.2e-7 * (20 / (Math.pow(1e-3 / 2, 2) * Math.PI))

で 約18.3Ω

AWG22

AWG22 は薄いシースのもので外形が約φ1.5mmになる。とりあえずこれを比較対象にする。

銅の電気抵抗率は 1.68-8、AWG22 は断面積 0.326mm^2、同じく 20mとすると

1.68e-8 * (20 / (0.326e-6))

で約1Ω

表皮効果

高周波になると表皮効果 (導体の表面付近にしか電流が流れなくなる現象) によってさらに抵抗値があがるため、電気抵抗率だけでの計算は実際はあまり意味がない。

表皮深さ (電流が表面の1/eになる深さ) \( δ[m] \) は、電気抵抗率 \( ρ[Ωm] \)、角周波数 \( ω[rad/s] \)、絶対透磁率 \( μ[H/m] \) から

$$ δ = \sqrt{ \frac{2ρ}{ωμ} }$$

で求められる。7MHz で銅線を例にすると

var frequency = 7e6;
var resistivity = 1.68e-8;
var permeability = 1.26e-6;
var d = Math.sqrt( (2 *  resistivity )/ (2 * Math.PI * frequency * permeability) );
//=> 0.00002462325212298291

となり表皮深さは約25μmになる。中心には殆ど電流が流れず、実質的にはパイプのようになる。

表皮効果を考慮した線路全体の抵抗値は、長さ \( L[m] \) 直径 \( D[m] \) のとき、おおよそ以下のようになる

$$ R \approx \frac{Lρ}{π(D-δ)δ}$$

AWG22 は直径0.644mmなので、20mのときは以下のようになる。

var length = 20,diameter = 0.644e-3;
R = (length * resistivity) / (Math.PI * (diameter - depth) * depth);
//=> 7.01276192459946

約7Ω

同じようにステンレスワイヤーの場合も計算してみる。透磁率によって結構変わってしまうので、最悪の場合も計算してみる (透磁率はWikipediaから)。直径は1mmで計算する

var frequency = 7e6;
var resistivity = 7.2e-7;
var permeability = 1.26e-6; //〜 8.8e-6

var depth = Math.sqrt( (2 *  resistivity )/ (2 * Math.PI * frequency * permeability) );
var length = 20, diameter = 1e-3;
R = (length * resistivity) / (Math.PI * (diameter - depth) * depth);
//=> 58.89598121117798

約33〜80Ω

アンテナの効率

アンテナの効率とは、全放射電力と入力電力との比

アンテナの効率 η は、\( R_r[Ω] \) を放射抵抗、\( R_d[Ω] \) を損失となる抵抗とすると

$$ η = \frac{R_r}{R_r + R_d} $$

で求められる。

短縮していないダイポールの場合放射抵抗は約73Ωと考えられる。ワイヤーの導体損だけを考慮すると、ステンレスワイヤーでは約33〜80Ω、AWG22 では約7Ωなので、それぞれ約48%〜69%、約91%となる。

抵抗損失による効率の低下は、放射抵抗が小さいアンテナほど、顕著になる。例えば、放射抵抗が10Ωのアンテナの場合、ステンレスワイヤーでは約23%、AWG22 では約59%となる。

アンテナは短縮するほど放射抵抗が下がるので、短縮すればするほど効率が落ちやすくなる。

ただ、実際のところは導体損だけではなく、接地抵抗やその他の抵抗による損失もあるので、どこまで導体損が支配的かはケースバイケースになりそう。超短縮アンテナなんかの場合短くなるアンテナエレメントそのものよりもコイルでの損失が非常に支配的になるし、λ/4 波長の場合接地抵抗が圧倒的に支配的になると思われる。

所感

事前に思っていたよりも効率の低下が大きく感じた。10W 入力して9W放射されるのと5W放射されるのとでは倍ぐらい (電圧比で 6db=約Sメータ1つ) 違う。とはいえ、ノイズぎりぎりの通信を行わないのであれば、利便性を優先してステンレスを使っても問題ない範囲ではあると思った。