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 、電力 、電圧 のとき

なので、変形すると

50Ω、100W の場合、約71V

10000Ω、100W の場合、1000V

ちなみに電流

なので

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。

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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。

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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

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  3. ベランダに設置した UHV-6 (モービルホイップ) の現状

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。

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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 長さ 断面積 の電気抵抗

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) は、電気抵抗率 、角周波数 、絶対透磁率 から

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 直径 のとき、おおよそ以下のようになる

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、 を放射抵抗、 を損失となる抵抗とすると

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。

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