たも網ホイップバージョン3改2

CIMG3642たも網ホイップを更に改造してみました。今回の改造は以下の通り

・エレメント中間にコイルを挿入(50MHz用のトラップ)
・トップロード用のコイルを再計算の上修正

扱うすべての周波数(3.5〜50MHz)で特性を確保するのは難しいことと、現在の太陽活動が低いことから24MHz、28MHz帯は切り捨て、その代わり18、21、50MHz帯の放射角を低くすることを目標にしました。50MHz帯は波長に対し竿の長さが長過ぎるので3.8m付近のところにコイルを挿入しそこから上を無効にしています。

CIMG3640中間コイルはこんな感じ。材料はいつもの通りφ2mmのアルミ針金です。目標インダクタンスは1.5uH

CIMG3638トップロードコイルはこんな感じ。目標インダクタンスは7uH

各周波数での計算結果は以下の通り。右が改1、左が改2です。ベランダに据え付けの上、アースも理想アースではないのでこの通りにならないと思いますが、現実のアースの条件を再現できないので理想アースで計算しています。14MHz〜21MHzは放射角が低くなりましたが、24MHz、28MHzは放射角が高くまともに使えなさそうです。50MHzはエレメントの有効長を5/8波長に近づけたので放射角が水平になり利得が上がりました。

ant4_3r53.5MHz帯

ant4_77MHz帯

ant4_1414MHz帯

ant4_1818MHz帯

ant4_2121MHz帯

ant4_2424MHz帯

ant4_2928(29)MHz帯

ant4_50r250MHz帯

ant4_50r2i50MHz帯の電流分布はこんな感じ

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たも網ホイップバージョン3改

CIMG3526たも網ホイップ3号のエレメント部の本数を3本から6本に増やしてみました。風の影響は3本の時とあまり変わらない模様です。
エレメント長やローディング部は変わらないので利得は変わりませんが、予定通りリアクタンス分の大きさが変わりマッチング条件が変わりました。1.9MHz帯及び3.5MHz帯でのマッチングの余裕が増えたと思われます。


ant3_2エレメント本数を増やす際にアンテナシミュレーターMANNAで動作の検証を行いましたが、波長に対して複数のエレメントが隣接するとエレメント同士が干渉するらしくエレメントの電流分布が均一にならない問題が発生しました。左の図での黒線がアンテナ本体、赤及び青い線がアンテナ上の電流分布です。左図では特に問題が起きていませんが、エレメント間隔を詰めると並行する電線それぞれ均一に電流が流れるはずがエレメントごとにバラバラの向きに流れる結果が起きたりしました。

そこで、エレメント数が増えた場合は等価的に太い棒状のエレメントに近づくので単線の太いエレメントでシミュレーションしたりして検証しました。

☆3.5MHzでの計算結果。
3号機の3.55MHzでのインピーダンスが3.80-j397Ω、50Ωに対するVSWR=843。
3号改の3.55MHzでのインピーダンスが3.61-j359Ω、50Ωに対するVSWR=728。

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たも網ホイップバージョン3

ant3_hatたも網ホイップを更に改良してみました。シミュレーターの利用でより効率の良さそうな形状の検討が可能となったことから容量冠を中心に設計を変更。容量冠を90cmぐらいまで大きくし、更に効率向上と強度向上を狙って形状も変更。アルミの花から立体的などら焼き型に変わりました。

CIMG3436材料は相変わらずアルミ針金(φ2mm及び2.5mm)です。効果はわかりませんが、針金同士の接合部分にアルミろう付けを使って工作の簡略化と軽量化を図りました。ただし、アルミろう付けは難しかったorz。そして出来上がりは写真の通り不格好にorz。重さは210gでした。

ant3_all全容はこんな感じ。ローバンドにおいてできるだけリアクタンス分を減らすために中間のアンテナワイヤーを3本並列にしています。

CIMG3438制作後上げてみたところです。やはり前作に比べて重くなったため竿のしなりが大きくなっています。今回はしばらく様子見です。

CIMG3441先端付近はこんなかんじです。

ant3_3m3.5MHzでの計算結果。
2号機の3.55MHzでのインピーダンスが3.68-j486Ω、50Ωに対するVSWR=1296。
3号機の3.55MHzでのインピーダンスが3.81-j396Ω、50Ωに対するVSWR=838。
短縮素子なしの(ただの6.3mのアルミ線)場合の3.55MHzでのインピーダンスが2.26-j844Ω、50Ωに対するVSWR=6332でした。

使って見たところ、3.5MHzで追加のマッチングコイルを使わずに八重洲FC-40で整合が取れるようになりました。3.5MHz、7MHzでの電波の飛びは特に変わった感じなし。その代わり10MHzと18MHzの整合が取れなくなってしまいました。10MHzは全然使わないのでまだいいけど、18MHzがダメなのはちょっと痛い。マッチング回路を計算してみるとコイルだけではダメでコンデンサも必要っぽい。
ただ、通常の運用が夜間の3.5MHz/7MHz帯なので、この2バンドが回路の変更なしに切り替えられるのは大きいです。

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たも網ホイップのマッチング部変更

mmana01たも網ホイップの特性がどのような感じなのか知るべくアンテナシミュレーターMMANAの使い方を覚えてみました。最初は戸惑いましたがしばらくいじっているうちに理解。

mmana3r5m3.5MHzの指向特性はこんな感じ

mmana7m7MHzはこんな感じ

mmana50m50MHzはこんな感じでした。アンテナ先端付近にあるローディングコイルの効果を調べてみたところ、ローバンドでの効率向上にはあまり関与しないものの、ハイバンドでトラップとして働き垂直面指向性の安定に寄与しているらしいことがわかりました。

mmana_match
いろいろ触っているうちにアンテナの指向性やインピーダンス以外にマッチング部の設計補助もできることがわかったので、ついでにたも網ホイップのマッチングコイルの設計を変更。1.9MHzのマッチングも取れるようにできました。

CIMG3400できあがりはこんな感じ。コイル部は3.5MHz,1.9MHz専用になり、他の周波数の時はコイルを切り離します。ちょっと操作が面倒になりましたが、コイルの一端をアースに落としたので帯電防止ができるように。また、アンテナそのものを無線機から切り離すこともできるようになったので雷対策も可能になりました。シミュレーションで当たりをつけた設計ができるようになった結果、膨大なカットアンドトライが大幅に減り制作が楽になりました。

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たも網ホイップ改造

CIMG3386せっかく支持棒を釣り竿からたも網に変更して先端の強度が増したので、先日作成したたも網ホイップを改造してみました。夜間に使用する3.5MHz帯での効率が上がるように先端にローディングコイルを追加して給電点付近のコイルを減らすように変更。

CIMG3390上げてみるとこんな感じ。ローディングコイルの材料はいつもの通りアルミ針金(園芸用。軽い、安い、加工しやすの三拍子)です。絶縁被覆がないのでスペース巻きにし、タイラップで竿に縛って吊り下げています。

CIMG3392調子に乗って3.5MHz帯にて給電点でのローディングコイルがなくても同調が取れるように先端のコイルを更に増加してみたところ。軽量なアルミ針金であっても重くなってきたようで竿が傾いてしまいました。

CIMG3395仮に性能が出ても倒れてしまっては何にもならないのでローディングコイルを減らしました。
加工時に容量冠を落としてしまいひしゃげています。これもアルミ針金製ですので簡単に曲がります。その代わり修理も簡単、手で戻すだけ。

性能の確認はこれから。とりあえず具体的な変化がよく分からんからツール探してシミュレーションしてみるか?

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