160m超短縮ホイップアンテナの製作

懲りずにまた160mアンテナの製作に挑戦です！

今回のコンセプトも飛ばない聞こえないFT8なら辛うじて交信可能？なアンテナ。

出力は10W程度を想定(PEPなら50Wいけるかも？)
全長はベースローディング方式で0.5m～1.0m程度を目標
調整式で1.8MHz～1.9MHz+をカバー

肝となるのはベースローディングコイル。どのくらいのインダクタンスが必要なのか様々なシミュレーションサイトで調べてみたら1500μH程必要だと分かった。

次に1500μHのコイルはどうやってつくるか。手持ちの0.5mmホルマル線と塩ビ管VP40が余っているのでこれを利用すると…
約370ターン。長さにして180mm以上巻く必要があるようだ。

370回巻きが初心者にはピンとこないが、大変な作業のような気がしましたがとりあえず作ってみました。

勘で少し多めに巻いたところ、1600μHとまずまずの狙い通りのものができました。

Mコネを付けて、ホットメルトでコイルがほどけないように補強して…

頭に20cm～70cmのロッドアンテナを付けて…

ベランダに仮設してみたところ、上手くアースが取れなかったり悪戦苦闘しましたが、どうも1.6MHz台で共振しているようだったのでコイルを解く調整作業を行っていきます。

結局、1130uHまでコイルを解くハメになりました。

早速仮設して交信！できません…
二日様子見しましたが、聞こえても拾ってもらえない状態です。さすがに短すぎたのでしょうか？
コイル長20cm程度、エレメント長30cm程度

もう少しエレメント長を確保すべく、970μHまでコイルを解きます。
結局最初の2/3の長さに…
解き過ぎで1.8MHzをカバーできなくなるのが怖いです。

センターローディングでいけとの天の声が聞こえたので
さらに追加の50cm下部エレメントを作成して再挑戦したところなんとか交信できました。

最終型！
現在、小型化の限界を知るべく20cm下部エレメントに変更して(計80cm弱)挑戦中です。

3/29 下部20cm(全長80cm)状態で１エリアの局と2局交信できました。
不安定ですがなんとかいけそうなので、しばらくこのまま様子見しようかと思います。
後、出力50Wで安定しています。単発なら70Wも耐えました。

3/31 コロナ放電に悩まされました。

まさか50Wでコロナ放電なんてと思ってたらまさかでした。
夜、SWRが暴れていたので外を見たらアンテナの先端が燃えていました。
先端には樹脂キャップが付いていたので、外して再度出力すると、赤紫のコロナが…

対策を調べるとO端子を付けると良いらしいので、早速。
なんとか放電は収まりました。

4/3 コロナ安定しません。
30Wならでたことないけど、50Wなら３回に１回コロナ放電する感じ。
FT8送出開始時は30Wで始めて。音が出だしたら素早く70Wに上げるという涙ぐましい努力をしています。

80cmアンテナでの交信局11局になりました。いずれもFT8です。
CWでそれほど積極的に交信を試みてはいませんが、未だ交信できていません。
コンセプトである、「FT8でなら辛うじて交信できるアンテナ」は達成できたと言えるのではないでしょうか？

総括
・コロナ対策
・耐圧、耐久性の確認
・廃材を利用した為、軽量化の余地あり
・狭帯域の為、雨に濡れると要再調整
と若干の課題はありますが、ちょっと乱暴に扱って壊れても、改良型を作りたいくらいに気に入っています。コイル銅線とコネクタ、塩ビキャップ以外、流用、廃材なので1,000円程度でできています。すべて材料を買い揃えても2000円掛からないと思います。
交信できる最も短いアンテナに拘りましたが、下部エレメント50cm以上のもう少し長いアンテナをオススメします。

各局交信ありがとうございました。(敬称略)

【110cmアンテナで交信】
JG3DJX,20/03/25,-16,-07,…G5RV
JF3MKC,20/03/25,-07,-07,…EMEer
JA2MBT,20/03/26,-11,+02,

【80cmアンテナで交信】
JH1QKG,20/03/29,-24,-11,…ベランダ釣竿+Lワイヤー
JM1NKT,20/03/29,+05,-15,
JF6CRV/1,20/03/30,-10,-19,
7L1DST,20/03/30,-03,-08,…HFJ-350M+HFJ-L1.8/1.9
JO3OCR,20/03/30,-02,-07,
JG3GNU,20/03/30,+05,+15,…マルチバンドロータリーダイポール100W
JN1NBU,20/04/03,+01,-19,…HI-Qピラニア改造？
JH9DRL,20/04/03,+09,-22,…ベランダ雨どいワイヤー？
JN1EDR,20/04/03,-18,-15,
JH4VAJ,20/04/03,-17,-18,
JH3HWO,20/04/03,+01,-18,
JA0VSH,20/04/03,-10,+01,…タワー上の釣竿バーティカルDP、kWer
JI1KTU,20/04/04,-06,-10,
JJ1QEI,20/04/04,-10,-14,
JA1JUR,20/04/04,-19,-14,
JA7KPL,20/04/04,-11,-20,
JI1GFZ/P,20/04/06,-14,-14,
JA9IPF,20/04/06,+03,-15,

JA4SSM,20/04/06,-16,-09,
JF2PKP,20/04/06,-08,-06,

JK1MVF,20/04/06,-18,-17,

JG1BAG,20/04/08,-16,-15,
JA6PVI,20/04/08,-22,-21,
JH7OTG,20/04/09,-18,-17,
JA8JAK,20/04/09,-09,-17,
JA4NQD,20/04/09,-08,-14,
JF3PGW,20/04/10,599,575,CW,京都府長岡京市

160m 磁界ループアンテナの製作

160m用磁界ループアンテナを制作しました。
結論から書くと失敗でしたが、後学の為に残しておきます。

コンセプトとしては１mの銅パイプを使用して高さ35cm程度に抑えた極小アンテナ。
構想の段階からまず飛ばないだろうと予想。ただ、FT8ならある程度できるのではという期待がありました。
出力は10W～50Wを想定。

主な材料
・銅パイプ1m
・エアバリコン60pF
・3kV耐圧コンデンサ　計7nF程度

コンデンサ部

製作は難航しました。まずコンデンサ容量ですが、シミュレーションソフトにより5nF程度だと思っていたのですが全然違いました。また、給電ループのサイズも不明だった為、試行錯誤しながらとなりました。

特性(範囲1.90MHz～1.95MHz)

何度も半田付けをしては剥がす作業を繰り返してやっと狙いの帯域に落とし込めました。
160mでFT8ができるのは1.9MHz帯で1.908~1.910あたりらしい。

無線機に接続すると夜の7時過ぎだった為、室内設置でもFT8信号をキャッチ。
落ち着いて出力を５Ｗに設定。いや、念のために3Wに設定。SWR画面を睨みながら「Enable TX」をオン。狙い道理にSWRが全然立ってない！と思ったのが束の間、2,3秒もするとメーターが右へスーッと伸びていきSWRが3を超えていきました。

すぐに思いついたのが送信による発熱ですが。ループもコンデンサも熱を持っている様子はありません。考えらるのは、体感できない熱でも特性が変わる程繊細なのでしょうか？

その後もチューナーを使ったりして試していると、どうも送信していると周波数が高い方へ共振点がズレていくことが分かりました。ならば、ズレを見越した調整をしたらどうなるか…

今回はここまで、以後打開策が見つからなければ、このアンテナは分解されていることでしょう。

追記
セラコンの温度特性について、メーカーの良品でも100度で20%程度変わる。
7000pFが1度変われば、0.2%=14pF相当
体感30pFで1kHz程度共振周波数は変わる（？）
買ったのは中華セラコンなのでこれ以上の変化でしょう。

430MHz帯の磁界ループアンテナは50W送信でも比較的安定していた。
銅によるエアバリコンだったから熱も持ちにくく容量も小さいので安定していた。

ラジオ少年さんよりエアバリコンを購入

ラジオ少年さんからエアバリコンを入手しました。

20pF x ３連　\600

耐圧のよさそうな20pFを中心に少量購入しました。
破格で譲って頂けてとても感謝です。わずかな腐食がありますが、用途が自作や試作なので問題ありません。あとで防錆袋に入れておきます。
測定してみると１セクションあたり約20pFの３セクションで合計25pF～59pFの可変。２セクションにトリマーという最低可変容量を調整するものが付いていて、トリマーを取ると１つあたり5pF程度容量が減ります。トリマーなしでは合計15pF～49pF程度かな？
トリマーの仕組みがよく分かりませんが、見た感じトリマー箇所は耐圧が低そうな感じがするので、用途によっては外したほうがよいのかな？

生まれて初めてエアバリコンを触ったのでちょっと心が躍りました。
こんな機会を頂いたラジオ少年さんはこちら
特定非営利活動法人　ラジオ少年
http://www.radioboy.org

430MHz磁界ループアンテナの試作2号機

前回の1号機でバリコンの必要性を大きく感じていましたが、一つ思いついたので早速2号機を作りました。

コンセプトとしては、コンデンサ部を2枚の銅板にして、その間隔を樹脂ボルトにより調整する。(写真では締め切って銅版の隙間が閉じきってます)

前回よりコンデンサ部の面積も大きくした為、430MHz同調時の間隙が4mm程度になりました。これにより50W出力に耐えられる可能性がでてきました。

ボルトの締め付けによる微調整が可能となったため、同調が大分楽になりました。試しにどの範囲まで調整可能か間隙を色々試してみましたが、450MHz～170MHzぐらいまで同調可能でした。尤も、170MHz時は間隔がコンマ数ミリなので送信に耐えられそうにありませんが…

５０Ｗ送信試験クリアしました。ただNanoVNA測定時と違って1.2～1.3程SWRが立ちました。フロートバランなどの対策をしても良いかもしれません。

高耐圧15pFのコンデンサを追加すると145MHzでも使用できそうでした。ただ給電ループが若干小さいみたいで少し大きなものに付け替えないとSWRを落としきれない感じでした。

受信性能ですが、ハンディーホイップよりは断然良のが分かってきました

結論
コンデンサ調整方法と耐圧の問題は一応クリアできましたが、設置場所を変える度に調整が必要など扱いにくい印象は変わっていません。そもそも５０Ｗ運用には無理があり、ハンディー専用と割り切ってポリバリコンで製作してみても良いきがしてきました

MEMO
スミスチャートの共振部の円を小さくしたいなら給電ループを小さく
共振円を大きくしたいなら給電ループを大きく
共振周波数を大きくしたいならコンデンサ容量を小さく
共振周波数を小さくするならコンデンサ容量を大きく

430MHz 磁界ループアンテナの試作

前回、430MHzの八木アンテナを作ってその後もご機嫌で運用しております。
144MHzも八木アンテナを作ろうかと思ったのですが幅が1mになるのがどうにも嫌で小型化できないかと考えていました。そこでひとつ思い至ったのが磁界ループアンテナです。サイズの割には性能がそこそこあるような評判なので試してみたくなりました。
そこで、まずは手のひらサイズの430MHzで試作してみることにしました。

こんなのです

1作目
コンデンサ部を銅版と円形パイプ(銅)の溶接で接合して作ろうとして0.5mm厚パイプを溶かして失敗

2作目
コンデンサ部を平らに潰した銅パイプに変更して作成、給電部を作成。

細かな半田付けをおこなうも、その後ループ作成時に銅線が千切れてしまいコネクタを無駄にする。

3作目

コネクタをしっかりしたものに変えて再度作成、銅の半田付けに苦労するもなんとか形にする。

調整作業
(現状の)結論から言えば作るのより大変でシビア、再現性なし。

写真の緑▽1は433MHz

ザクっと形にした状態でNanoVNAで測定すると520MHzあたりで共振しているのが分かりました。その後コンデンサ部を平行にして間隔を1mm以下程度にすると430MHzクラスに調整できることが分かりましたが、安定させるのが難しいのです。
要素としてコンデンサ部の間隔、温度、周辺のモノの影響が大きい。

最終的に、結束バンドで大体に調整したあと、コンデンサ部に1滴のホットメルト(接着剤兼、誘電体替わり)を垂らして、ライターで暖めたり冷やしたりしながらコンデンサ部の間隔を調整して433MHzに共振させました。

最後に
受信に関しては今後様子見でなにか特記すべきものがあればレポートを残しますが、送信に関してはエアバリコン1mmの耐圧なので50W運用など土台無理というものでしょう…
送信試験も受信運用後としますが、ハンディー機の5Wなら問題はなさそうでした。

磁界ループの原理を理解していないので、どうすればコンデンサ間隔を大きく取れる(コンデンサ容量を小さくできる)のか分かっていないので、その辺も課題です。

他の磁界ループを自作されている方が、皆コンデンサ部をバリコンで製作されているのは狭帯域であることと、微調整が困難だからというのも体感できました。

受信・送信の試験次第ではありますが、適切なバリコンの入手が無い限りこの先の試作は無いと考えています。

430MHz 3エレ八木アンテナの製作

前回、試作アンテナの出来の良さに気を良くした為、実用に耐えるものを作りました。

ラジエーター部の加工(今回は半田付けの為、銅パイプを使ってみました)

前回は給電部をM型コネクタ直結にしたのを、今回は同軸ケーブル直結に変更したため、アンテナの実行長が前回と変わってしまいました。
ラジエーター部完成後、再度MMANAにてシミュレーションしなおしてディレクターとリフレクターを制作しました。

結果的にゲインとサイドの切れは良くなっている模様。
ただ、リフレクターの距離が5cm程伸びてしまったので、コンパクトさが無くなった。

前回同様、ミリ単位以下の削りと位置調整により、なんとかCW,SSB帯をSWR1.0に追い込むことができました。(ここが一番大変)


以下備忘録

精度良くつくると写真のように、430～435MHzの緑色の円弧が中心付近に現れます。
この円弧を上に動かしたいときは、ディレクターを0.5mm程削ると半メモリ分程動く。
円弧を時計回りに動かしたいなら、ディレクターをラジエーターから僅かに離す。
円弧を反時計回りに動かしたいなら、ディレクターをラジエーターから近づける。

試作430八木の運用結果

試作した430八木

運用してみました。
結論から書くと市販のノンラジアル２バンドモービルホイップとは桁違いの性能でした。

市販ボービル
144/430MHz 全長1.4mくらい　アパートのベランダからパイプで延長して屋根の上に出るように設置

試作430八木
430シングル　アパートのベランダ内の室外機フレームに結束バンドで南向きに固定

430のFT8で色々試しましたが南向きに設置したにも関わらず、北側の局（京都市付近）に対して、市販ボービルでは-1dBが試作八木では+15dBというとんでもない結果になりました。

背面の局に対してこの性能は分けが分かりませんが、430～431MHzを狙って完全同調させたからでしょうか？それぐらいしか市販モービルに勝っているところがありません。

驚愕の結果になりましたが、こうなってはもはやモービルホイップには戻れませんので、近々下したいと思います。後、144MHz用のも欲しくなってきました。

追記
今回作ったアンテナの寸法をMMANAに放り込んでみました

というのも、自作の経験、特にMMANAを利用した自作の経験が無い為、
「シミュレーションしてもどうせ理想通りにできない」
と言う先入観があったため現物での試行錯誤による自作をおこないました。
現物で試行錯誤してそこそこ良い（と思われる）アンテナがシミュレーション上どうなるのか。リバースエンジニアリングで評価することでMMANAの信頼性について調べたいと思ったからです。

結果、MMANAは十分実用に耐えると確信しました。各エレメントの寸法、位置など最適化してみましたが、シミュレーションに頼らなかったアンテナとMMANAの最適化アンテナはその差異はリフレクター位置が5mm程違っただけで、他は全て1mm未満の誤差でした。
（リフレクターは受信機のSメーターを見ながらの調整だったのでちょっとアバウトな調整でした。）

次回からMMANAを参考にしながら自作したいと思います。
というか、MMANAとNanoVNAがあれば既製品よりも良いものができる気がします。

430八木アンテナの試作その２

その１の続き

完成しました。
導波器、反射器ともに数ミリ違いのものを3種類ほど用意して一番具合の良いものを微調整する形でいきました。

性能については、430.0～431.5MHzまではSWR1.0というCW範囲に特化
指向性については手持ちの受信機にてFront:S9+ Back:S7 Side:S5

Ｓメーターでの評価なので指向性の評価がいまいち分かりません。
特にバック側がなにをどういじってもS5～７程度にしか落ちず、それならばと帯域とFr側の出力だけ重視して調整しました。

調整のポイント
輻射器に近い導波器は輻射抵抗と帯域にモロに影響を与えます。導波器の長さを1mm 位置を1mm変えただけで、全く別物の性能になります。
反射器は輻射抵抗にあまり影響を与えず微調整にもってこいですが、指向性もこいつの位置で多少変わります。（特にFr側への出力）
調整手順としては、
①導波器をスミスチャートをリアルタイムに見ながらシビアに調整
②反射器でFrゲインを重視して調整
③再度導波器を微調整

前回輻射器を暫定で700切り出したまま使用していると説明しましたが、下図のように余剰分を折り曲げて導線代わりにして調整したためです。

そのうち試験運用して、具合が良ければ耐久性も考慮したものを制作してみたいと思います。

導波器の寸法は輻射器の加工寸法に大きく影響を受けるので参考になると思いませんが一応書き残しておきます。
導波器:L=329mm D(輻射器からの距離)=30mm
反射器:L=352mm D=150mm

材料費
木材80円
アルミパイプ100円×3本
Ｍ型?端子200円くらい(昔に買ったので忘れた)

運用結果

430八木アンテナの試作その１

現在、V/UHF帯にはツェップライクアンテナというのでしょうか？電圧給電型の無指向性アンテナをしようしています。奈良コンテストなどにはこのアンテナで参加していたのですが、どうもスコアが伸びません。
以前HAMtte交流サイトでアパマンハムでありながらコンテストで常勝しているかたの話が聞けたのですが、マンションの高層階から3エレの八木アンテナで参加されているそうです。
当方、高層階ではありませんが、この話を聞いて是非試してみようと思っていました。

とはいえ、製作を決意したものの八木といってもループでいくかダイポールでいくか、バランはどうするかインピーダンス変換はどうするかと色々悩みました。
悩んだ末、フォールデッドダイポールに直接給電が一番簡単なのではという結論に至りました。

というわけで、ホームセンターでΦ４のアルミパイプを切って、700にカットして折り曲げてみました。

700というのは長めに切っておいて、後で調整するはずだったのですが今のところ調整不要でいってます。

コネクタとの接続方法も悩みましたが暫定で写真のようにいきました。

とりあえず、輻射器(仮)ができたので、ホームセンターで他のエレメント用のアルミパイプと木材を買ってきてそれっぽい形に仮組します。さすがに床で仮組、測定しても意味ないので、三脚に括り付けています。

導波器、反射器ともに寸法は結構適当です。いくつかサイトを参考にしましたが、私が欲しい調整点は430MHz+なので…

さっそくNanoVNAで測定すると

32.0Ω+6.86nH (430.0MHz)

適当に組んだ割には悪くないですね。
とはいえ、八木アンテナですから、性能の評価は指向性も大事。

ここからは、ハンディー機片手にアンテナの周りをグルグル回ってシグナルを見たり、導波器、反射器の位置・長さを変えてみたりの試行錯誤です。

その２

簡易アンテナアナライザーの試作【その３】

前回

試作機完成です。

周波数カウンターモジュール追加のせいで、手のひらサイズとはいかなくなりました。

でも、これがあるだけで単独でアンテナ調整ができますので無いより大分ましでしょう。

カウンターを付けてから気が付いたのですが、このLTC1799を使ったアナライザーは30MHzまで出ていません。21MHzまではほぼフラットな出力ですが、21MHzを越えたあたりから急速に出力が落ちて、26MHzを越えたあたりで2MHz,500MHz等の変な周波数を示します。個人的には3.5～せいぜい21MHzまでしか使用しないので問題はないのですが、増幅回路でも悪いのでしょうか。それともコイルを巻き過ぎで高周波特性を悪くしてしまったのでしょうか。

もし作り直す機会があればこのあたりを調べてみたいと思います。

簡易アンテナアナライザーの試作【その２】

前回
LTC1799とブリッジ回路、電流計を用いて簡易なアンテナアナライザーを100均のお弁当箱に納めて運用してみました。

フルサイズワイヤーダイポールを張る際に使用したところ。
モービルホイップでは落ち切らなかったSWRがストンと落ちていました。
おそらくですが、3倍の高調波もフルサイズダイポールでは共振してしまうのだと思われます。
ただ…というか、やはり周波数カウンターが無いと細かい共振点が分かりません…
事前に7.1MHzの位置は罫書いていても0.1～0.2kHz程度の誤差がでてしまいました。

ということで、次は周波数カウンターを合体させてみようと思います。

秋月の周波数カウンターにそっくりのものがアマゾンで500円以下で売っていたので、総額4000円以下には収まっていると思います

次回

ARDUINOスターターキット到着

タイトルの通り、arduinoスターターキットが届きました。

マイコンなんてPICで止まってたのですが、この15年くらいでarduino,ラズパイなるものが台頭しており、自作系の記事を漁っていると度々目にします。

勉強と部品取りを兼ねてスターターキットを購入して、あわよくばアンテナアナライザーも作れないかなと考えて購入してみました。

アマゾンで、ARDUINO代替品キットで3000円程度で買えてしまうのも、衝動買いを後押ししています。
A4ノートサイズのパーツボックスに詰まって届きました。

部品ごとに静電気防止袋に入っており、パーツボックスの堰を組み立てたりすると、二度とパーツボックスの中にすべての部品は収まらない感じです。

さっそく使ってみた雑感として、
・発信回路もライターも不要、USB端子にUSBケーブルを差し込んでプログラムを書き込むだけ
・ライブラリーさえあればどんな部品、センサーも簡単に扱える

ハード面もソフト面もPICから格段にお手軽になっています。
これなら、自分にも扱えるかも？と気を良くしてTFT液晶、DDS発信機等アンテナアナライザーに必要そうな部品を集めてみることにします。

ダミーロードの製作

自作するならいい加減ダミーロードが欲しいので作ることにしたしました。

材料
 同軸ケーブル
 M型コネクタ
 酸化金属皮膜抵抗(3W) 220Ωx3 680Ωx1

以前ダミーロード代わりにセメント抵抗を使ったことがあるんですが、巻き線抵抗らしくコイルになっており高周波特性が良くなかった。確か7MHzあたりからSWRが立ちだして使い物になりませんでした。

SWRメーター用の70cmケーブルから15cm程切り出します。(ケーブルの復旧作業は省略)

外皮を剥いて抵抗を巻き付けます。

不要な外部導体をカット。
芯線側の絶縁も1cmほど剥いて抵抗を巻き付けます。

最後に半田付けして完成です。
芯線が10cm程残っているのはダミーロードアンテナとして少し使ってみたいからです。
不要になったら後で切り落とすつもりです。

気になる特性ですが144MHz 20WでSWR1.0
430MHzの同条件で1.3あたりをフラフラ
UHFでの特性が残念ですが500円程度のものとしては十分でしょう。

2020/2/11 追記

NanoVNAでの測定結果(範囲50kHz~500MHz)
200MHz以下ならSWR1.1以下
300MHz程度までSWR1.2以下
400MHzから特性が悪くなり500MHzでSWR1.45に到達

簡易アンテナアナライザーの試作

アンテナアナライザーは前から欲しいと思っていたのですが、価格と使用頻度が釣り合っておらず躊躇していました。

自作品のキット等も頒布されているようですが、どうせならアマチュアらしく自分でやってみようかなと思い立ちました。

アンテナの整合を測定する回路はシンプルにブリッジ回路によりアンテナ50Ωで均衡がとれるようにしてやります。
発信回路はLTC1799というオシレーターモジュールを利用します。
周波数カウンターもモジュールがありますが、無くても何とかならないかなと思い、一旦スルーします。
測定結果の表示方法ですが、PICなんか小難しいものは使いこなせませんので小型の電流計で済ませます。


実際には部品入手の都合で予定通りにはいかなかったが、一応試作品ができました。

評価
50Ωのダミー抵抗ではバッチリ0Aまで下がります。
次に7MHzのアンテナに接続してディップ点を確認します。一応ディップ点は確認できますが、メーターが下がりきりません。
何が悪いのかイマイチ分からず困っていたところ、試しに無線機に直結させてスコープで見てみました。

とても広帯域です…
あと、分かってはいましたが、かなり高調波が出ています…

ディップ点が確認できる事と、SWRが落ちきらないそれらしい原因も分かったので今回はここまで。

次回